物理教室年次研究報告書
2003 年度

大阪市立大学大学院理学研究科・理学部
物理学教室・宇宙線研究所

目次

序 ..............................................................................1

2003 年度 物理学教室談話会 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

研究報告
物性物理学講座
超低温物理学研究室 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
光物性物理学研究室 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
生体・構造物性研究室 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
素励起物理学研究室 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

宇宙・高エネルギー物理学講座
超高エネルギー粒子線物理学研究室 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
高エネルギー物理学研究室 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
宇宙・素粒子実験物理学 (重力波分野) 研究室 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
宇宙・素粒子実験物理学分野 (宇宙研究所) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

基礎物理学講座
素粒子論研究室 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
数理物理研究室 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
宇宙物理研究室 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
原子核理論研究室 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

序
わが国の大学は大きな改革期にあり，国立大学は大学法人として大きな一歩を踏み出しました．公立大学も多くは法人化を目指しており，大阪市立大学も法人化に向けて準備が進んでいます．
大学改革の流れの中，社会の中の大学のあり方があらためて問われています．大学の市民社会への貢献，特に，わかりやすい形での貢献が望まれています．大学は何の「役に立つ」のか？そして大学側もそれに答えようとしがちです．
しかし，我々が希求する科学的知見の価値は，「役に立つ」かどうかだけで測られるべきでないことは言うまでもありません．特に，基礎科学である物理学の研究によって得られた知識は，長い歴史の中で培われた人類の文化のひとつです．われわれ物理学者の最も大切な役割は自然をより深く理解し，そこで得られた知見を市民と共有することによって，文化をより豊かなものにすることです．
このためには，地道に弛みなく研究を遂行し，その環境の中で学生や院生を育くむ．その過程で，物理の美しさや楽しさを感じることのできる卒業生を育て，社会に送り出す．
これを繰り返し，長い時間をかけて文化としての基礎科学を楽しむことのできるような文化的社会を作る．これが我々のなすべき，基本的であたりまえの活動だと考えます．
本年度も教員の定員削減が進みました．学生定員増が認められたとともに新たな推薦入
試枠が設定されました．他にも物理学科講座表の改定など，いろいろな「改革」が進みました．評価に耐える大学をなすためには，いろいろな行動が必要かもしれません．しかし，大学改革の行く末が見えないために疑心暗鬼となり，目先の変わった事ばかりを重んじた
り，自分で自分に枷をはめたりするようなことは避けなければなりません．あたりまえのことを普通にする，これこそが重要なことだと思います．大学を一番的確に評価できるのは，そこで育った卒業生ではないでしょうか．
なお，本年度は，宇宙高エネルギー物理学講座・講師の吉越貴紀氏が東京大学宇宙線研究所助教授として転出されました．これまでの物理教室へのご貢献を感謝いたしますとともに，新任地での更なるご活躍をお祈りいたします．
最後に，本年度年次報告作成のお世話をしていただいた赤井一郎氏と中尾憲一氏に感謝いたします．
２００４年９月
２００３年度 物理学教室主任

石原 秀樹

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2003 年度物理学教室談話会

第 1 回 : 2003 年 4 月 18 日 (金)「素粒子 - 究極の微小物体を求めて 〜１つの最前線；陽子・反陽子衝突実験 CDF
実験の現状〜」
奥沢 徹 氏(本学 宇宙・高エネルギー物理学大講座 教授)

第 2 回 : 2003 年 7 月 4 日 (金)「時空特異点と重力波 -円筒対称重力崩壊-」
中尾 憲一 氏(本学 基礎物理学大講座 助教授)
「自己形成型半導体量子点の光学特性」
杉崎 満 氏(本学 物性物理学大講座 講師)

第 3 回 : 2003 年 11 月 14 日 (金)「超流動ヘリウムおよび中性原子気体ボーズ凝縮系における量子渦のダイナミクス」
坪田 誠 氏(本学 物性物理学大講座 助教授)

第 4 回 : 2004 年 1 月 16 日 (金)「CDF 実験について」
清矢 良浩 氏(本学 宇宙・高エネルギー物理学大講座 助教授)

第 5 回 : 2004 年 3 月 19 日 (金)「これまでの研究をふり返って」
飯田 武 氏(本学 物性物理学大講座 教授)「大学運営の経験から」
児玉 隆夫 氏(本学学長)

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超低温物理学研究室
畑 徹
石川修六
矢野英雄
小原 顕

教授
助教授
講師
助手

中川久司 (D4)半田 梓 (M1)
青木紀彦 (M1)研究概要
1. エアロジェル中の超流動ヘリウム３の不純物効果
エアロジェルは直径数ｎｍのシリカの紐が平均間隔数ｎｍから１００ｎｍの広い範囲で分布していて、体積に占めるシリカの割合は数 % のものである。超低温度ではヘリウム以外の物質は固化し、また液体状態になるヘリウム４でもヘリウム３とは相分離するために、ヘリ
ウム３に不純物を入れることができないので、超流動ヘリウム３の研究は完璧な純粋物質としての研究の場であった。しかし、シリカの紐の平均間隔は超流動ヘリウム 3 のコヒーレン
ス長と同程度であり超流動性が完全に壊れることはなく、純粋な系に入った僅かな不純物として振る舞うと考えられている。

1-1. ＮＭＲ法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の相転移現象の研究（矢野、石川、畑、中川）
空孔率９８％以上の多孔質物質エアロジェルが超流動ヘリウム３の不純物として振る舞うことが、近年の研究から明らかになってきた。超流動の安定性は不純物濃度によって変わると考えられるので、これまでに行われてきた不純物濃度よりも高い９７. ５％エアロジェ
ル（不純物２. ５％）を用いて、核磁気共鳴法により超流動相の秩序構造の同定と超流動状態の安定性について調べた。３２ bar 以下の圧力下での超流動相について調べた結果、不純物濃度が高くなるにつれて超流動相転移温度が下がり、超流動性が抑えられることがわかった。非一様な散乱モデルが転移温度の測定結果を良く説明し、不純物効果としてこのモデルが有用であることを示した。２４ bar 以上では超流動相関の転移を観測した。温度の降下、上昇に対してこの転移は履歴現象を示し、また、冷却時、昇温時ともに相転移に伴う共存現象も明らかになった。これらの観測結果は転移が熱力学的に１次の相転移であることを示している。この共存は非常に安定であり、広い温度範囲で観測された。今後、１次相転移機構のミクロな観点からの研究が期待できる。また、パルスＮＭＲの結果より、高温度側の相はバルク液体中のＡ相とは異なる凝縮相であることが明らかになりつつある。

1-2. 第４音波法によるエアロジェル中の超流動ヘリウム３の不純物効果（青木、小原、石川）
容器内に作成されたエアロジェルは音波測定のための液体の圧力振動に反応してしまう
ため、超流動自身の振るまいを観測することは困難であるということが、最近の研究で明らかになっている。そこで我々は焼結銀中にエアロジェルを直接成長させることにより、音波
測定中のエアロジェルの振動を止めることに成功した。この様な系に、ピエゾ素子を圧力ト
ランスデューサーに用いた第４音波測定法を用い、系統的にエアロジェル空間率を変えた実験を行ったところ、空孔率が小さいもの（不純物が多いもの）ほど超流動転移温度が抑制されることが明らかになった。また、音波の減衰の大きさ（Ｑ−1 値）は低温では一定値になることが示された。これは、同時に行われた焼結銀のみのセルに対する結果とは逆の性質であり、Ｑ−1 値が低温で一定になるということは、ヘリウム粒子の平均自由行程が低温で一定値になることを示している。また、Ｑ−1 値の周波数変化も初めて明らかになり、周波数の平方根に比例する結果を得た。これは既存の理論からは説明できず、今後のより詳細な測定

3

と、詳しい理論の発展が望まれている。

2. 振動流中での超流動ヘリウム４量子渦のダイナミクス（矢野、石川、畑、半田）
超流動の流速は秩序変数の位相の空間変化に比例し、渦は秩序変数０の渦芯（〜１Å）とそのまわりを位相が２π変化する流れで構成され量子化される。このため量子渦は、渦芯を糸と見なした準安定な構造を持つ。渦糸の端は超流動中では存在せず、端のないリング構造
か、両端が壁に付着した構造をとる。リング構造の渦糸は消失するが、両端が壁に付着した
渦糸はそのまま残り、残留渦と呼ばれている。我々は振動子に付着した残留渦に着目している。振動子を振動させることで超流動流を誘起し、振動子の共鳴周波数とＱ値の変化から、付着渦の運動を調べる。振動子として超伝導極微細線（NbTi 2.5µm 直径）を用いた振動ワ
イヤーを開発した。振動ワイヤーまわりの流れは、ワイヤーの速度が上がるにつれ層流から乱流状態へ遷移し、これらの状態はある臨界速度できれいに分離する。乱流状態では、速い流れのために付着渦が拡大し、もつれ、渦糸間の距離が接近したとき再結合が起き、渦糸リ
ングと付着渦とに分かれると考えられる。渦糸の拡大は Graberson Instability として知られ、拡大の始まる速度は渦糸の曲率と関係する。すなわち臨界速度から付着渦のサイズを推測することができる。我々は、超流動相転移後の振動子の振る舞いを調べることで、残留渦の数・大きさが相転移の制御で変化することを明らかにした。また、臨界速度すなわち付着渦のサイズは振動流の周波数に依存することを見いだし、そのサイズは数 µm 以下と見積もった。また振動流によって振動子に付着する渦のサイズが制限されることも明らかにした。これらの成果は「振動流中の量子渦ダイナミクス」という新たな研究の扉を開くきっかけにな
り、さらに発展させるべく現在も進行中である。

3. 単結晶シリコンを用いた高感度粘性計の開発（矢野、畑、半田）
振動ワイヤーによる粘性係数の測定は古くから行われてきた実験方法である。これの振動のエネルギー損失から液体、気体の粘性の関係する量を導くものである。超流動ヘリウム３を十分低温にするとエネルギー損失を引き起こす準粒子が大変少なくなるため、振動ワイ
ヤー自身のエネルギー損失が相対的に大きくなりこれを無視することができなくなり、測定損失の下限を決めてしまうことになる。通常、振動ワイヤーには細い超伝導線を用いるが、より損失の少ないものとして期待される単結晶シリコンを用いた振動ワイヤーによる測定装置の製作を行った。単結晶シリコンを化学的エッチングで処理し幅１００μｍ厚み３０μｍ
でサッカーゴールポスト型（２×２ｍｍ）の振動ワイヤーを製作し真空中、ヘリウム温度でその特性を測定した。得られた損失は超伝導細線を用いる場合より一桁以上少なく予想通りのものであった。しかしシリコン表面に蒸着した超伝導体（Nb）が厚すぎると、冷却過程
で亀裂が入り、超伝導の安定性に問題が出ることがわかってきた。超伝導体を薄くしかつ安定に働く条件を見つけるために、改良を進めているところである。

4. 回転する超流動ヘリウム３の研究（物性研、京大との共同研究。）（石川）東京大学物性研究所に完成した世界最高速度、毎秒１回転で回転するサブ mK 温度域の超低温度回転クライオスタットを用いて量子流体力学の研究を行っている。昨年度は以下の２つのプロジェクトについて研究がなされた。

4-1.

円筒容器内の超流動ヘリウム３ Ａ相

2 種類の直径の円筒容器（直径が 0.1 ｍｍと 0.2 ｍｍ）内の超流動ヘリウム 3 に存在する特異なテクスチュア（オーダーパラメータの空間構造あるいは欠陥）である Mermin-Ho(M-H)
Texture の実験的検証と流れをもたない角運動量の実験的検証を行う為に円筒容器ＮＭＲセルを作り、ＮＭＲスペクトルの回転下での変化を調べた。回転によって量子渦の生成消滅をコントロール出来ただけでなく、0.2 ｍｍのセルでは回転で生成される渦以外に量子渦が存在していることがわかた。これが Mermin-Ho(M-H) Texture であり、回転操作を必要とせ4

ず、冷却だけにより誘起された流れ場をもつ量子渦である。また 0.1 ｍｍのセルでも M-H
Texture 構造をもつ量子渦の存在が明らかになった。これらは世界で初めての結果である。
0.1 ｍｍのセルでの測定で回転操作に対する応答を詳しく調べると、回転と結合する角運動量をもつ超流体であることがわかった。しかしながら、流れによる角運動量だけでは説明が出来ず、超流動ヘリウム 3 のＡ相の intrinsic angular momentum (IAM) による寄与を無視できないことがわかった。

4-2.

回転下でのエアロジェル中の超流動ヘリウム

エアロジェルは超流動ヘリウム３に対して不純物であり超流動性の抑制が観測されている。もう少し詳細にみると秩序波動関数はエアロジェルの構造のために不均一になっていることが NMR の測定よりわかっている。回転はコントロールされた渦だけでなく、コント
ロールされた速度場を提供し、流れにより秩序波動関数が一様になることが期待される。測定結果は驚くものであった。A 相では回転による NMR スペクトルの変化はごくわずかであったが、B 相では回転に対して変化するだけでなく、変化はヒステリシスを示した。変化
は流れ場による秩序波動関数の変化であり、このヒステリシスは量子渦がエアロジェルにピン止めされていることを示している。超伝導状態での不均一分布の不純物による磁束のピン止めと同じと考えられる。Ａ相において何も変化がないことは秩序波動関数の構造が硬いことを示すが、バルク液体において観測されたスピン波信号が観測されない理由は現時点では不明である。B 相中のＮＭＲスペクトル変化から、容器内超流体の相対速度の１次のモーメントを求めることに成功した。モデル速度場との比較より、量子渦のピン止めを定量的に示した。量子渦の密度変化が起こる臨界速度の温度変化から、その密度変化の機構がピン止めがはずれることに起因するのではなく、渦の不安定性− Graberson Instability −によることを提案した。

5. 熱音響冷凍機の開発（畑）
ループ型熱音響エンジンは、熱エネルギーを音波エネルギーに変換するエン ジンで、圧縮機などの機械を必要としないため、長寿命という特徴を持ってい る。可動部が全くないためメインテナンス不要、使用ガスとしては特別なもの は不用で空気でも可能であること、熱の再利用に用いると地球温暖化防止にも 役立つことなどから、環境に優しいエンジンとしても期待されているものであ る。小型のループ型の熱音響エンジンのデータ解析に基づ
き、この一年で大口 径、高出力のループ型熱音響エンジンとそれに直結させた冷凍機を建設してお り、まもなく完成の予定である。これにより、冷凍能力の大幅な向上を図ると ともに、最適化の条件（冷凍機の取り付け位置、スタックのサイズ、形状、加 熱温度等）を見出すために、各場所での気体の仕事流、熱流の解析を行う。

教育・研究業績
学術論文
1. P.Brusov, P.Brusov, G.Lawes, C.Lee, A.Matsubara, O.Ishikawa, and P.Majumdar: ”Novelsound phenomena in superfluid helium in aerogel and other impure superfluids”, Phys.
Lett. A 310 311-321(2003).
2. R.Ishiguro, M.Yamashita, …, O.Ishikawa, …,et al.: ”Vortex nucleation and texture ofrotating He-3-A in cylindrical cells with R ∼= 10 ξ D ”, Physica B 329-333 66-67(2003).
3. Y.Hayashi, H.Nakagawa, H.Yano, O.Ishikawa, and T.Hata: ”High-Q vibrating wire for the
study of quantized vortices in superfluid He-3”, Physica B 329-333 108-109(2003).
4. K.Kawasaki, T.Yoshida, H.Yano, O.Ishikawa, and T.Hata: ”Critical thickness of A-B
phase transition in superfluid He-3 film”, Physica B 329-333 126-128(2003).
5. K.Kotera, T.Hatate, H.Nakagawa, H.Yano, O.Ishikawa, T.Hata, H.Yokogawa, and M.Yokoyama:”Observation of Superfluidity of He-3 in aerogel by fourth sound technique”, Physica B
329-333 316-317(2003).

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6. P.Brusov, P.Brusov, G.Lawes, J.Parpia, C.Lee, A.Matsubara, and O.Ishikawa: ”Novelsound phenomena in superfluid helium in aerogel and other impure superfluids”, Physica
B 329-333 333-334(2003).
7. M.Kubota, T.Obata, …, O.Ishikawa, …, et al.: ”Superfluidity and quantized vortex studies
under rotation up to 4Hz at mK and 1Hz at sub-mK temperatures”, Physica B 329-333
1577-1581(2003).
8. H.Nakagawa, H.Yano, O.Ishikawa, and T.Hata: ”Study of heat leak to copper nuclear
demagnetization stage”, Physica B 329-333 1606-1607(2003).

国際会議会議講演
1. H.Yano：”Experiments on a Vibrating Wire at Osaka”：Meeting of Anglo-Japanese Superfluid Turbulence Group, 26 Sep. 2003, Univ. Birmingham, Birmingham, UK
2. M.Yamashita, A.Matsubara, R.Ishiguro, Y.Sasaki, O.Ishikawa, M.Kubota, Yu.M.Bunkov,
and T.Mizusaki：”Rotating Superfluid 3 He in Aerogel”, International Symposium on Quantum Fluids and Solids”, 3-8. Aug. 2003, Univ. New Mexico, Albuquerque, USA
3. H.Nakagawa, K.Obara, H.Yano, O.Ishikawa, and T.Hata：”NMR Study of Superfluid
Phases of 3 He confined in 97.5% Porous Silica Aerogel”, International Symposium on
Quantum Fluids and Solids、3-8. Aug. 2003, Univ. New Mexico, Albuquerque, USA
4. O.Ishikawa：”Superfluid 3 He in Restricted Geometry”, International Workshop on Superfluidity under Rotation 2003, 13-17. May 2003, at ISSP Univ. Tokyo and Sachinoko-So
by Chuzenji Lake

学会・研究会講演
1. 石川修六：「回転する超流動 3 He の量子流体力学」 日本物理学会
ンポジウム「量子凝縮相における新しい物理」岡山大学

2003 年秋の分科会 シ

2. 半田 梓：「Vibrating Wire による超流動 He-4 中の渦の観測」 日本物理学会の分科会 岡山大学

2003 年秋

3. 矢野英雄：「Vibrating Wire による超流動 He-4 中の渦の観測」日本物理学会 2003 年秋の分
科会 岡山大学
4. 山下穣：「エアロジェル中の回転超流動 3 He」 日本物理学会

2003 年秋の分科会 岡山大学

5. 中川久司：「NMR 法による 97.5% エアロジェル中 3 He 超流動相の研究」

日本物理学会

2003 年秋の分科会 岡山大学
6. 中川久司：「NMR 法による 97.5% エアロジェル中 3 He 超流動相の研究２」 日本物理学会
５９回年次大会 九州大学箱崎キャンパス
7. 半田 梓：「Vibrating Wire による超流動 He-4 中の渦の観測」 日本物理学会 ５９回年次大会 九州大学箱崎キャンパス
8. 石川修六：「超流動ヘリウム３−Ａ相中の渦と、流れをもたない角運動量の観測」東京大学
物性研究所短期研究会 「量子凝縮系研究の新展開」7-9 Jan. 2004 at ISSP Univ. Tokyo「冷却プロセスによる超流動 4He 量子渦の生成とその挙動」東京大学物性研究所
9. 矢野英雄：
短期研究会 「量子凝縮系研究の新展開」7-9 Jan. 2004 at ISSP Univ. Tokyo

研究助成金取得状況
1. 矢野英雄：学術振興会・基盤研究（Ｃ）「ヘリウム３における超流動・常流動界面の近接効
果」６０万円2. 畑 徹：受託研究：岩谷瓦斯株式会社「熱音響発振器を使った冷凍機の開発」１００万円

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海外出張および海外研修
1. 矢野英雄：英国（Birmingham 大学他）、2003 年 9 月 25 日− 10 月 4 日、学術振興会日英科学協力事業共同研究：Meeting of Anglo-Japanese Superfluid Turbulence Group 出席・発表および研究打ち合わせ
2. 畑 徹：英国（Birmingham 大学他）、2003 年 9 月 25 日− 10 月 4 日、学術振興会日英科学
協力事業共同研究：Meeting of Anglo-Japanese Superfluid Turbulence Group 出席・発表
および研究打ち合わせ
3. 矢野英雄：米国（New Mexico 大学 Albuquerque 校）、2003 年 8 月 2 − 15 日、International
Symposiom on Quantum Fluids and Slids 出席・発表
4. 石川修六：米国（New Mexico 大学 Albuquerque 校他）、2003 年 8 月 2 − 20 日、International
Symposiom on Quantum Fluids and Slids 出席・発表および研究打ち合わせ

その他
1. 畑 徹 ：2003 年度 低温工学協会関西支部長
2. 石川修六：2003 年度 東京大学物性研究所客員助教授

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光物性物理学
唐沢 力
赤井一郎
鐘本勝一

教授
助教授
助手

丹治 淳
謝 海燕

(D3)
(D2)

宍戸 真
須藤起二
中尾浩士
大北健児
岡田 明
尾崎弘和
加藤 賢
山下享一

(M2)
(M2)
(M2)
(M1)
(B4)
(B4)
(B4)
(B4)

研究概要
1. 層状結晶半導体中の高密度励起子のダイナミクスと非線形光学応答（丹治, 赤井, 唐沢）
層状半導体中の高密度励起子の空間的挙動を、時間・空間分解発光スペクトルの測定から明らかにした。高密度励起下では、積層不正によりる不均一な局在状態が飽和し、それを凌駕して自由励起子の挙動が明らかになった。時間初期では、励起子の位相空間充填効果等による斥力相互作用による励起子共鳴発光の高エネルギーシフトが観測された。また、GaSe で特徴的に現れる励起子間の非弾性散乱発光は、時間発展と離れた空間において特異な現れ方をするが、この振る舞いは、励起子バンド
内の高密度励起子の分布と、バンド形状に依存した励起子ポラリトンの群速度の違いによって説明できることを明らかにした。
（一部、St.Petersburg 大学と共同研究）

2. 高効率蛍光物質ヘキサキス・ピリジンチオラト銅結晶の光物性（謝, 加藤, 赤井, 鐘
本, 唐沢）
ヘキサキス・ピリジンチオラト銅結晶 [Cu6 (n L − mpyt)6 ](nL は配位子の配置を示す)
は、高い発光効率とそのスペクトルが特異な温度依存性を示す。特徴的な二つの緩和発光帯が、銅クラスター内遷移と銅クラスターから配位子間の電荷移動励起によって現れること、発光色の変化はこの二つの発光帯の熱活性過程による強度交替であることなどを明らかにした。また、配位子構造が異なるいくつかのこの合成結晶資料を用いて電子準位モデルの検証を行った。基本的に、配位座標モデルで系統的な理解が可能であることを明らかにした。さらにナノ秒域レーザー光励起によって発光のダイナミクスを調べ、発光遷移が許容・禁制遷移の混成から成ることを新たに見出した。（物質科学科・分子設計研究室と共同研究）

3. 半導体量子細線中励起子の多体効果（赤井、唐沢）
GaAs 系半導体を用いた量子細線構造は、擬 1 次元系であり、半導体レーザーの低閾
値化や、低次元化により、電子励起状態の新しい多体効果が期待されるなど、注目されている体系である。我々は、Alx Ga1−x As を用いた量子細線構造を光強励起し、量子細線に閉じ込められた励起子の多体効果を調べた。その結果、量子細線中の励
起子間の斥力相互作用による発光の高エネルギーシフトを見出した。（大阪大学産業科学研究所と共同研究）
4. 高輝度発光性材料 Alq3 の発光過程 (赤井)緑色光の高輝度発光性を持つ 8-quinolinol キレート金属錯体 Alq3 の単結晶と蒸着薄膜を作成し、その光熱吸収分光測定を行った。その結果、低温で極めて高い発光の量子効率を示すことが明らかになった。また、温度上昇とともに、熱活性型の無輻射緩和が、かなり強く発光の量子効率を低下させるていることがわかった。

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5. デンドリマー巨大分子の光励起状態のダイナミクス (中尾、岡田、赤井、鐘本)
デンドリマー様ナノスター分子と、フェニレンデンドリマーにおいて、外周側鎖からコアへのエネルギー伝達経路を明らかにし、効率を定量評価した。エネルギー伝
達効率はともに極めて高く、発光中心のコア部分からともに、高輝度発光が観測された。これらのデンドリマー分子内の伝達機構は、一般的なデンドリマーと異なって、外周側鎖の光励起後、フランコンドン状態から極めて高速に伝達していることが明らかになった。この機構として考えられるのは、側鎖の光励起によって π 共役性によって拡がった側鎖の分子軌道が、コアと芳香環を共有もしくは、近いために、
直接的な短距離相互作用で、伝達もしくは緩和しているためでと考えた。つまり、比較的小型のデンドリマーでは、長距離的な dipole-dipole 相互作用に比べ、短距離相互作用が重要であることが明らかになった。
（生体・構造物性研究室ならびに信州
大学・繊維学部と共同研究）
6. デンドリマーにおけるエネルギー伝達の温度依存性 (赤井、鐘本)
デンドリマー様ナノスター分子の希釈溶液を石英チューブに封入し、その光エネル
ギー伝達ダイナミクスの温度依存性を調べた。その結果、試料を冷却して溶媒が凍結する温度で、光エネルギー伝達効率が著しく低下することを見出した。（信州大学・繊維学部と共同研究）
7. HgI2 微結晶中励起子の多体効果 (赤井)HgI2 微結晶を多孔質 CAPRON ポリマーに担持し、それらを光強励起したときの高密度励起子状態の高輝度発光性とダイナミクスを調べた。この微結晶では、励起子間の引力相互作用による励起子分子状態の発光と、励起子間の斥力相互作用による励起子間非弾性散乱発光が共存して発現する所が特徴で、微結晶によって励起子が閉じ込められることにより、励起子間斥力相互作用が低密度で顕在化したのではな
いかと考えた。また、これらの非線形励起子発光は、母体結晶にくらべ極めて低密度の励起で発現した。この低閾値化は、マトリクスである多孔質ポリマーの光励起状態が高効率で微結晶に伝達したためであると考えた。
（ロシア・サンクトペテルブ
ルグ大と共同研究）
8. 自己形成 CdTe 量子点の励起子ダイナミクス (山下、赤井)
ホットウォール法で、ZnTe 上に自己形成させた CdTe 量子点に閉じ込められた励起子の、緩和ダイナミクスおよびその温度依存性を調べた。低温では、CdTe ぬれ層
から CdTe 量子点への励起子の緩和が観測されるのに対し、50∼140 K の中間温度
領域で、量子点から CdTe ぬれ層への励起子の熱活性過程が観測された。また、この中間温度領域で、励起子発光の減衰時定数が長くなる現象が見つかり、これは量子点特有の非発光性励起子状態からの寄与によるものと考えた。
（山梨大学・工学部と共同研究）
9. エネルギー勾配を持った量子井戸構造中励起子の多体効果 (山下、赤井)
量子井戸の井戸幅が試料位置で連続的に変化した GaAs 量子井戸構造中の励起子の多体効果および緩和のダイナミクスについて調べた。
（ロシア・サンクトペテルブル
グ大と共同研究）10. π 共役長鎖オリゴチオフェンの光励起状態 (須藤、鐘本、赤井)
π 共役高分子系の電子材料の一つとして注目されているポリチオフェンのモデル化合物である長鎖オリゴチオフェンの光学特性について調べた。一連の試料の基礎光
学スペクトルを測定した結果、π 共役系で期待される鎖長及び鎖間相互作用の強度をパラメータとした光学遷移エネルギーの系統的な変化を観測し、アモルファス系、
強結合系、孤立系に関わらず、同程度の格子緩和エネルギーでこれらの系が光励起後緩和することを明らかにした。（大阪大学産業科学研究所との共同研究）

911. π 共役高分子における輻射・無輻射緩和過程 (宍戸、鐘本、赤井)
π 共役系高分子は電界発光材料の一つとして知られており、その電子励起状態を探る意味でも光励起後のダイナミクスが注目されている。ポリチオフェン誘導体を用いた、強結合系、アモルファス系、孤立系の試料を作成し、光学スペクトルと光熱
吸収分光法、さらには発光減衰過程の観測を通して光励起後の輻射、無輻射緩和過程について調べた。その結果、孤立系からアモルファス系、強結合系と推移することで高分子の輻射緩和が顕著に増強されることを明らかにした。
12. 高輝度銅錯体分子の発光ダイナミクス (鐘本、赤井)
ヘキサキス・ピリジンチオラト銅は、銅を中心に 6 つの配位子をもつ金属錯体で、温度とともに発光特性が変化することが当研究室にて確認されている。この試料を真空蒸着により薄膜化し、発光過程のダイナミクスについて調べた。その結果、主として観測される 2 つの発光はほぼ同時に起こり、発光減衰速度に違いがあることが明らかになった。

13. 長鎖チオフェンオリゴマーのポーラロンダイナミクス (鐘本)π 共役高分子はドープ状態で高い導電性を示し、そのキャリアとして電子スピンを有するポーラロンが重要視されている。それら高分子のモデル化合物として長鎖オリゴマーを用いて ESR 特性を調べた。これらの試料は高分子では通常観測されな
い異方的な ESR スペクトルを与え、その解析から、低温度域ではポーラロンがほぼ鎖内で局在した運動を行い、温度上昇と共に鎖間の運動が伴われることを明らかにした（分子科学研究所、大阪大学産業科学研究所との共同研究）。

教育・研究業績
学術論文

1. K. Kanemoto, T. Kato, Y. Aso, T. Otsubo: “ESR Studies on Polarons in Long
Oligothiophenes.” Phys. Rev., B68, pp.092302-1-092302-4 (2003).
2. A. Tanji, H. Xie, I. Akai, T. Karasawa, V. F. Aguekian : “Dynamical Processes ofHigh-Density Excitons in GaSe Crystals” J. Phys. Soc. Jpn. 72, pp. 2646–2655(2003).
3. V. F. Agekyan, I. Akai, T. Karasawa :“Morphology And Optical Spectra of
Metal Iodate Microcrystals in Porous Matrices” Phys. Solid State 45, pp. 1170–
1176 (2003).
国際会議会議録

1. T. Karasawa, A. Tanji, I. Akai : “Macroscopically Coherent Motion of Exciton
Masses in Layered Semiconductor Crystals” : (招待講演) CREST & QNN03 Joint
International Workshop Program, pp.165-170, Awaji, Japan, 20 Jun. 2003.
2. I. Akai, K. Harai, K. Kouno, T. Karasawa : “Photocalorimetric study on nonradiative relaxation processes and photoluminescence quantum yields in Alq3 single
crystals” : International Conference on Dynamical Processes in Excited States ofSolids 2003 (DPC’03), Th10, Christchurch, New Zealand, 3–8 Aug. 2003.
3. H. Xie, M. Tougezaka, S. Oishi, I. Kinoshita, K, Kanemoto, I. Akai, T. Karasawa :“Luminescence processes of hexanuclear methylpyridinethiolato-copper (I) crystals”:
International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids 2003
(DPC’03), P-30, Christchurch, New Zealand, 3–8 Aug. 2003.

10

4. I. Akai, H. Nakao, K. Kanemoto, T. Karasawa, H. Hashimoto, M. Kimura : “Dynamical energy flows in star-shaped stilbenoid phthalocyanines” 3rd International
Dendrimer Symposium (IDS-3), Sep.19 Part II 16.35, Berlin Germany, 17–20 Sep.
2003.
学会・研究会講演

1. 赤井一郎, 中尾浩士, 鐘本勝一, 唐沢 力, 橋本秀樹, 木村 睦 : 「デンドリマー様ナノスター分子のエネルギー伝達ダイナミクスとその量子効率」, I-B-24, pp.95–98(2003), 第 14 回光物性研究会 大阪市立大学 2003 年 12 月 5, 6 日.
2. 中尾浩士, 赤井一郎, 鐘本勝一, 唐沢 力, 木村 睦 : 「フェニレンデンドリマーの光
励起ダイナミクス」, I-B-25, pp.99–102 (2003), 第 14 回光物性研究会 大阪市立大
学 2003 年 12 月 5, 6 日.
3. 宍戸 真, 鐘本勝一, 赤井一郎, 唐沢 力 : 「π 共役高分子の無輻射緩和過程の直接観測」, III-B-98, pp.391–394 (2003), 第 14 回光物性研究会 大阪市立大学 2003 年 12
月 5, 6 日.
4. 須藤起二, 鐘本勝一, 赤井一郎, 唐沢 力, 安蘇芳雄, 大坪徹夫 : 「光学特性から見たπ共役-長鎖オリゴチオフェンの電子状態」, III-B-99, pp.395–398 (2003), 第 14回光物性研究会 大阪市立大学 2003 年 12 月 5, 6 日.
5. 謝 海燕, 峠坂雅美, 大石真吾, 木下 勇, 鐘本勝一, 赤井一郎, 唐沢 力 : 「ヘキサキス・
ピリジンチオラト銅 (I) 錯体結晶および銅 (I) クラスターの発光特性」, III-B-100,
pp.399–402 (2003), 第 14 回光物性研究会 大阪市立大学 2003 年 12 月 5, 6 日.
「デンドリマー構造
6. 中尾浩士, 赤井一郎, 鐘本勝一, 唐沢力, 橋本秀樹, 木村睦 :をもつ巨大分子の光励起ダイナミクス」, 22aTA-6, 第 4 分冊 pp.647, 日本物理学会, 2003 年秋季大会 岡山大学 2003 年 9 月 20∼23 日.

7. 須藤起二, 鐘本勝一, 赤井一郎, 唐沢力, 安蘇芳雄, 大坪徹夫 : 「π 共役オリゴチオ
フェンの光学特性」, 22pPSA-51, 第 4 分冊 pp.664, 日本物理学会, 2003 年秋季大会 岡山大学 2003 年 9 月 20∼23 日.
8. 宍戸真，鐘本勝一，赤井一郎，唐沢力 : 「π 共役高分子の無輻射緩和過程の直接観測」, 22pPSA-53, 第 4 分冊 pp.664, 日本物理学会, 2003 年秋季大会 岡山大学
2003 年 9 月 20∼23 日.
9. 宍戸真, 須藤起二, 鐘本勝一, 赤井一郎, 唐沢力, 橋本秀樹 : 「π 共役高分子ポリチ
オフェン誘導体の発光ダイナミクス」, 27pXS-2, 第 4 分冊 pp.726, 日本物理学会,
第 59 回年次大会 九州大学 箱崎キャンパス 2003 年 3 月 27∼30 日.
10. 赤井一郎, 中尾浩士, 鐘本勝一, 唐沢力, 橋本秀樹, 木村睦 : 「デンドリマー構造をもつ巨大分子の光励起ダイナミクス II」, 27pXS-3, 第 4 分冊 pp.726, 日本物理学会, 第 59 回年次大会 九州大学 箱崎キャンパス 2003 年 3 月 27∼30 日.
11. 須藤起二, 鐘本勝一, 赤井一郎, 唐沢力, 橋本秀樹, 安蘇芳雄, 大坪徹夫 : 「π 共役
オリゴチオフェンの発光ダイナミクス」, 30aPS-72, 第 4 分冊 pp.772, 日本物理学会, 第 59 回年次大会 九州大学 箱崎キャンパス 2003 年 3 月 27∼30 日.
「Optical12. 謝海燕，峠坂雅美，加藤賢，木下勇，鐘本勝一，赤井一郎，唐沢力 :Properties of Hexanuclear µ-Methylpyridinethiolato-Copper(I) Crystals and Copper(I) Clusters」, 30aPS-83, 第 4 分冊 pp.774, 日本物理学会, 第 59 回年次大会 九
州大学 箱崎キャンパス 2003 年 3 月 27∼30 日.

11

その他

1. 唐沢 力 :物理学出張授業 「光と私たちの世界動−」 6 月 17 日 三重県立上野高等学校−光の物理学と、地球の生命活

2. 赤井一郎 :大阪市立大学文化交流センター 6 月ターム講座 I・水曜コース 「量子の世界:強い光と新しい量子現象」 6 月 18 日 大阪第２ビル 6F 大阪市立大学文化交流センターにて学位論文
修士論文

1. 宍戸 真 :「π 共役導電性高分子の輻射・無輻射緩和過程」
2. 須藤起二 :「π 共役型高分子ポリチオフェンの光励起状態と発光のダイナミクス」
3. 中尾浩士 :「π 共役側鎖を持つデンドリマーにおけるエネルギー伝達機構の研究」
博士論文

1. 丹治 淳: 「層状結晶 GaSe, BiI3 における高密度励起子のダイナミクス」, “Dynamical Processes on High-Density Excitons in Layered Crystals GaSe and BiI3 ”

研究助成金取得状況
1. 唐沢 力 (代表者), 赤井一郎, 鐘本勝一, 飯田 武, 鈴木正人：文部省科学研究費補助金 基盤研究 (B-2) (課題番号:14340095) (H14 : 6,200 千円, H15 : 4,500 千円, H16 :1,200 千円) 「半導体中に光学的に生成された量子凝縮相のダイナミックス」
2. 赤井一郎 (代表者), 唐沢 力, 鐘本勝一：文部省科学研究費補助金 基盤研究 (C-2) (課
題番号:14540308) (H14 : 2,900 千円, H15 : 700 千円) 「ナノ構造物質中高密度電子励起状態の高輝度発光性とそのダイナミクス」

海外出張および海外研修
1. 赤井一郎 : International Conference on Dynamical Processes in Excited States ofSolids 2003 (DPC’03), Christchurch, New Zealand, 3 - 8 Aug. 2003.
2. 赤井一郎 : 3rd International Dendrimer Symposium (IDS-3), Berlin Germany, 17-20
Sep. 2003.

12生体・構造物性研究室
橋本 秀樹 教授
丸山 稔
講師
杉﨑 満
講師

佐島 徳武 (PD)
増田 詩人 (D2)
柳 和宏
(D2)

西尾 友宏 (M1)清水 麻登香 (M1)
和泉 拓朗 (B4)楠本 利行 (B4)
下中 奨三 (B4)藤原 正澄 (B4)

研究概要
1. サブ10フェムト秒超短パルス光源の構築（杉﨑，佐島，橋本）
光合成反応系は，生命の40億年とも言われる歴史に基づく自然選択の摂理により改良されてきた，天然のエネルギー変換システムである．この反応系は，人類がこれまで構築した如何なるシステムよりも，遥に速い変換速度（< 100フェムト秒）で，高効率のエ
ネルギー変換（〜100%）を行うと考えられている．そのため，光合成反応系の初期過程のメカニズムを明らかにすることは，基礎物理的にも応用的にも非常に重要である．近
年，レーザー技術の進歩により，市販のレーザーを用いることで，100フェムト秒程度の超短パルスを比較的簡単に手に入れることが可能となった．しかし，光合成系の初期過程を明らかにするためには，それよりも更に一桁以上時間分解能の良い光源の開発が必要不可欠となる．そのため，我々の研究室では，チタンサファイア再生増幅器からのレーザー光を2つに分け，一方を自己位相変調により白色光，もう一方をBBO結晶を用いた第二高調波を発生させ，これらの光の非平行パラメトリック増幅を行うシステムを構築した．現在のところ，8フェムト秒程度の良好なパルス光の発生に成功している．この光源を用い，ポンププローブ法により，カロテノイドの電子系，及び格子系の動的緩和過程の解明に向けた測定を開始した．
2. 光合成光反応中心複合体におけるカロテノイドの構造安定化（橋本）光合成系における機能発現には，複数の光合成色素（カロテノイド，及びクロロフィ
ル）がアポタンパク質により形成される反応場の中で，空間的に規則正しく配列した色
素蛋白超分子複合体構造が密接に関係している．特に光捕集・光保護・構造安定には，カロテノイド色素が重要な役割を果たしている．これまでに，紅色光合成細菌Rhodobacter(Rb.) sphaeroidesを中心に，光保護作用に関する研究が数多くなされてきた．これは，Rb.
sphaeroidesがX線構造解析により蛋白の構造が解明されていること，また，カロテノイド
欠損株R-26.1と所望のカロテノイドを用いることにより，人工の光反応中心を再構成できること，など興味深い研究の場を与えてくれることに起因する．しかしながら，光反応中心に再構成されたカロテノイドが天然の物と同じ位置に取り込まれるかという，最も基本的かつ本質的な問題については，これまで明らかにされていなかった．英国グラスゴー大学，及び米国コネチカット大学との共同研究により，Rb. sphaeroides R26.1の光反応中心にspheroideneや3,4-dihydrospheroideneを再構成した試料について高分解能X線構造解析を行った．その結果，カロテノイドのバインディングサイトを明らかにすると共に，
フェニルアラニンM162が門番の役目となり，カロテノイドが一方向からのみ光反応中心に取り込まれていくという興味深い結果を得た．更に，トリプトファンM75が鍵の役目となり，カロテノイドと水素結合することにより，構造の安定化がなされていることを明らかにした．
3. 電場変調吸収分光法による光合成色素の非線形光学特性の評価（柳，西尾，清水，橋本）

13

色素蛋白複合体の動作機構を理解するためには，複合体内部の反応場の影響を明らかにすることが必要不可欠である．電場変調吸収（EA）分光法は，その目的達成のための有力な研究手段の一つと期待されている．EA分光法を反応場の解析に応用するためには，
非線形光学特性の物理的背景を正しく理解し，非線形光学特性と静電的相互作用との関係を明らかにする必要がある．そのために，まず光学非線形特性の物理的背景を正しく理解することを目標に，モデル化合物を用いた研究を展開した．これまで不明であった，
遷移双極子分極率・超分極率（D因子）の物理的背景と，光学許容・非許容準位間のエネ
ルギー間隔や吸収バンドの不均一広がりが光学非線形特性に与える影響を明らかにした．
以上の理解を基に，二位相ロックイン検出法を，紅色光合成細菌Rhodobacter sphaeroides
G1C株から調製した，周辺アンテナ色素蛋白複合体（LH2複合体）に適用した．その結果，色素と周囲との静電的相互作用について重要な知見を得ることができることを世界で初めて示した．
4. 光合成膜中でのアンテナ色素蛋白複合体の超分子配置のその場観察（下中，清水，杉﨑，
橋本）
光合成細菌の光合成系は，二種類のアンテナ色素蛋白複合体（LH1及びLH2）と光反応
中心（RC）の3つの色素蛋白複合体が有機的に結合した，超分子配置を形成することにより生理機能を発現している．LH1, LH2の2種類のアンテナ複合体の空間配列については，
物性データを解釈する際のモデルとして便宜的な構造が仮定されているが，実際の空間配置（超分子配置）は現在のところ未解明である．平坦な光合成膜を持つ紅色光合成細菌Blc. viridis及びRps. acidophilaから調製した光合成膜試料に焦点を絞り，画像計測の物差しを作成することを目的として研究を行った．Blc. viridisにはアンテナ複合体として，LH1複合体の一つしか存在しないことが知られている．透過型電子顕微鏡（TEM）を用いた観測により，LH1複合体の直径10 nmに対応する環状の構造体が細密充填構造を取り配列している画像を取得した．この画像データに対して，統計処理を行ったところ，環状構
造体の直径は9.8 ± 0.4 nm で分布しており，その中心にRCに対応する構造が観測されることから，この環状構造体がLH1複合体に帰属できることを明らかにした．また，各LH1
リングは細密充填構造を取り配列しているが，再隣接距離は約2 nm程度離れていることが明らかになった．LH2およびLH1の2種類のアンテナ色素蛋白複合体を持つ系に対して，
TEM観察の物差しを作成する目的で，人為的に調製したリン脂質二重膜にアンテナ色素
蛋白複合体を再構築した系に関して同様に研究した．初期的ではあるが、LH1に対応する環状構造体の観測に成功した．
5. ナノ秒時間分解分光計測装置の開発（佐島，楠本，橋本）
アナログカロテノイドを天然由来のアポタンパク質に再構築した人工の光反応中心複合体の機能を確認するため，およびアンテナ色素蛋白複合体の光励起を行った際の遅い時間領域での緩和過程を観測する目的で，ナノ秒〜マイクロ秒の時間領域での時間分解
吸収および発光を測定する計測システムを設計・構築した．標準試料を用いた測定を行い，測定精度および性能の改善に努めている．
6. 有機非線形光学結晶の結晶成長（藤原，丸山，橋本）
THz電磁波発生に関して良好な特性を持つ2-メチル-4-ニトロアニリン（MNA）誘導体に注目し，① 試料の大量調製，② 良質な単結晶試料の作成（結晶成長），③単結晶の面方位の決定，④材料の性能評価に焦点を絞って研究を展開し，顕著な研究成果を得た．
粉末法による測定で第二高調波発生の効率が既知で，しかも単結晶Ｘ線構造解析が完了している，(a) MNA3 (N-ベンジル-MNA), (b) MNA4 (N-1-フェエニリエチル-MNA), (c)MNA5 (N-ジフェニルメチル-MNA), (d) MNA7 (N-2-ナフチルメチル-MNA) の４つの試料について大量調製を行った．結晶成長に関しては，光学的に良好な単結晶試料の育成方法とヘキカイによる良質な試料表面の確保について検討した．結晶成長法には溶液成14長と融液成長を採用した．溶液成長では従来技術を踏襲し，成長条件を比較検討しながら，さらに良質な結晶作成に挑戦した．融液成長に関しては，垂直型ブリッジマン炉を構築し，種々の条件出しを行った．その結果，特に融液成長法を用いて光学的に良質で試料サイズの大きな単結晶成長に成功すると言う，顕著な成果を達成した．得られた結晶を用いてヘキカイ特性とマクロな結晶面の観察を行った．結晶面の観察には実体顕微鏡とデジタルカメラを組み合わせたシステムを構築し，試料観察に用いた．様々な成長条件で作成した単結晶試料に関して，形状観察データを蓄積した．透過型X線ラウエ法によって上述した4つのMNA誘導体単結晶の結晶方位を決定した．その結果，空間群Pna21に属するMNA3とMNA4はヘキカイ面を有し，その面に垂直な方向にb軸が，as-grownの結晶の長辺方向にa軸が，短辺方向にc軸が存在する事が分かった．一方，別の空間群P21212
1 に属するMNA5とMNA7はヘキカイ特性を示さず，長辺方向にc軸が，短辺方向は[110]結晶面で囲まれている事が分かった．MNA5はa軸とc軸の長さが非常に近いので，この二つをラウエ法で区別するのは原理的に困難であり，代わりにa1軸とa3軸と言う表現を取る必要があることが指摘された．
7. 銀ナノ粒子の3次元規則配列体の作製とその光学的性質（丸山，小松）
粒子直径がnmオーダーのナノ粒子は，その物性がバルクとは異なり，新しい可能性を持つ材料として期待される．近年ナノ粒子を大量に作製し，規則配列・結晶化させることが行われるようになった．しかし粒径の揃ったナノ粒子はまだ少量しか作れず，mm
サイズの3次元規則配列体(超結晶)を作るまでには至っていないのが現状である．我々は脂肪酸銀塩を熱分解させることにより，安定な複合銀ナノ粒子(直径5nm)を大量にkg単位でつくる方法を開発した．このナノ粒子を単元とする多層膜やファセットをもつ超結晶を初めて作り，その物性として光学反射スペクトルの観測を開始したところである．
8. 氷Ihのラフニング転移（丸山，増田）
圧力制御による氷Ih/水の平衡曲線(氷Ihの融解曲線)の精密測定を行い，融解圧力と温度の関係が3次式できれいに表現できることを示した．更に，私たちが10年来取り組んできた「氷結晶の基底面は融点まで原子レベルで平らであるが，プリズム面はラフニング転移を起こし，荒れる」ことを確かにするために，同位体D2OについてもH2Oと同様な観測を行った．D2O分子はH2O分子より重いので，その融点は大気圧下で+3.8Cへずれる．
これに応じて，圧力を加えたとき，D2O氷の融解曲線はH2Oのものを，約+4Cだけ平行移
動した3次式であることを実証した．プリズム面のラフニング温度も，H2O氷の-16C(1600bar)より高い-14C (1800bar)に出現することを示した．

教育・研究業績
学術論文
1. K. Yanagi, H. Hashimoto, A.T. Gardiner, and R.J. Cogdell: “Stark spectroscopy on the LH2
complex from Rhodobacter sphaeroides G1C; frequency and temperature dependence”, J. Phys.
Chem. B (2004) in press.
2. H. Hashimoto, K. Yanagi, M. Yoshizawa, D. Polli, G. Cerullo, G. Lanzani, S. De Silvestri, A.T.
Gardiner, and R.J. Cogdell: “The Very Early Events Following Photoexcitation of Carotenoids”,
Arch. Biochem. Biophys. (2004) in press.
3. H. Hashimoto, T. Sashima, K. Yanagi, and M. Yoshizawa: “Ultrafast Relaxation Processes of
Photosynthetic Carotenoids”, Rev. Laser Engineer. (2004) in press.
4. R.J. Cogdell, H. Hashimoto, and A.T. Gardiner: “Purple Bacterial Light-Harvesting Complexes:
From Dreams to Structures”, Photosynth. Res. 80, 173-179 (2004).
5. W. Wohlleben, T. Buckup, H. Hashimoto, R.J. Cogdell, J.L. Herek, and M. Motzkus:

15

“Pump-deplete-probe spectroscopy and the puzzle of carotenoid dark states”, J. Phys. Chem. B
108, 3320-3325 (2004).
6. K. Yanagi, A.T. Gardiner, R.J. Cogdell, and H. Hashimoto: “Effect of the inhomogeneousband-broadening on the nonlinear optical properties of hydrazones”, Phys. Rev. B69, 205103(2004).
7. A.W. Roszak, K. McKendrick, A.T. Gardiner, I.A. Mitchell, N.W. Isaacs, R.J. Cogdell, H.
Hashimoto, and H.A. Frank: “Protein Regulation of Carotenoid Binding: Gatekeeper and Locking
Amino Acid Residues in Reaction Centers of Rhodobacter sphaeroides”, Structure 12, (2004)
765-773.
8. H. Inoue, A. Tateishi, Y. Kimura, Y. Ozawa, K. Isobe, K. Nomura, T. Maoka, H. Hashimoto, J.
Shi, K. Zhao, and S. Hirota: “Contents and Compositions of Chlorophylls, Carotenoids, Vitamin
C, Vitamin E, and Minerals in Deep Color and Light Color Vegetable Crops and Their
Correlation”, Carotenoid Science 6, 5-8 (2003).
9. M. Yoshizawa, H. Aoki, M. Ue, and H. Hashimoto: “Ultrafast Relaxation Kinetics in Mini- andMacro-Carotenes Investigated by Femtosecond Absorption and Raman Spectroscopy”,
Carotenoid Science 6, 24-25 (2003).
10. K. Yanagi, T. Kobayashi, and H. Hashimoto: “Origin of transition dipole-moment polarizability
and hyperpolarizability in hydrazones”, Phys. Rev. B67, 115122 (2003).
11. M. Yoshizawa, H. Aoki, M. Ue, and H. Hashimoto: “Ultrafast Relaxation Kinetics of Excited
States in a Series of Mini- and Macro-β-Carotenes”, Phys. Rev. B67, 174302 (2003).
12. 井上弘明，立石 亮，木村淑子，小沢裕子，磯部勝孝，野村和成，眞岡孝至，橋本秀樹，
廣田才之，“野菜類のクロロフィル含量とカロテノイド，ビタミンＣ・Ｅならびに無機質含量に関する比較研究”, 日本食生活学会誌 13, 271-278 (2003).
13. D. Polli, G. Cerullo, G. Lanzani, S. De Silvestri, H. Hashimoto, and R.J. Cogdell: “Excited-state
dynamics of carotenoids with different conjugation length”, Synthetic Metals 139, (2003)
893-896.
14. A. Sugita, K. Yanagi, K. Kuroyanagi, H. Takahashi, S. Aoshima, Y. Tsuchiya, S. Tasaka, and H.
Hashimoto, “Photo-excited state of N-benzyl MNA studied by femtosecond time-resolved
absorption spectroscopy”, Chem. Phys. Lett. 382, 693-698 (2003).
15. 橋本 秀樹，柳 和宏，"自然が創造した分子エレクトロニクス素子 ⎯光合成系の分子構
築と機能⎯", Electrochemistry 71, 960-965 (2003).
16. 廣田才之，井上弘明，立石亮，橋本秀樹，富田純史，村越倫明，二郷俊朗，関本邦敏，
横山次郎，船山秀樹，"ビタミンＡ欠乏系ラットにおけるβ-カロテン及びカンタキサンチ
ン投与効果の結膜痕跡細胞による研究", 日本食生活学会誌, 14, 194-199 (2003).
17. T. Nakajima, H. Nagasawa, M. Maruyama, T. Komatsu, J. Nelson: “Macroscopic
crystallization of nanocrystals into supercrystals”, Jpn. J .Appl. Phys. 43, 1102-1103(2004).
18. M. Maruyama: “Roughening transition of prism faces of ice crystals grown from melt
under pressure”, submitted to J. Crystal Growth.
国際会議会議録
1. M. Yoshizawa and H. Hashimoto: “Ultrafast dynamics in a series of carotenoids investigated bytime-resolved stimulated Raman spectroscopy”, Proceedings of SPIE -The International Society
for Optical Engineering (2003), 5212(Linear and Nonlinear Optics of Organic Materials III),
13-22.
2. M. Yoshizawa, D. Kosumi, M. Komukai, K. Yanagi, and H. Hashimoto: “Dynamics ofcarotenoids probed by femtosecond absorption, fluorescence, and Raman spectroscopy”, Proc. Int.
Conf. Ultrafast Phenomena (2004) in press.
3. T. Buckup, W. Wohlleben, B. Heinz, M. Motzkus, J. Savolainen, J.L. Herek, H. Hashimoto, and
R.J. Cogdell: “Energy flow in carotenoids, studied with pump-deplete-probe, multiphoton and16coherent control spectroscopy”, Proc. Int. Conf. Ultrafast Phenomena (2004) in press.
4.

G. Cerullo, D. Polli, G. Lanzani, H. Hashimoto, R.J. Cogdell: “Sub-20-fs study of energy
relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexes”, Proc. Int.
Conf. Ultrafast Phenomena (2004) in press.

国際会議講演
1. T. Sashima, I. Matsuda, K. Misawa, S. Koshihara, and H. Hashimoto: “Optical control ofisomerization reaction of retinal by using chirped femtosecond laser-pulses”, XXIst International
Conference on Photochemistry (2003, July 26-31) Nara, Japan.
2. H. Hashimoto, K. Yanagi, M. Yoshizawa, D. Porri, G. Cerullo, G. Lanzani, S. De Silvestri, and
R.J. Cogdell: “Ultrafast relaxation kinetics of carotenoids after photoexcitation”, 311.
WE-Heraeus-Seminar on Excited State Processes of Carotenoids in Photosynthesis (2003,
October 20-22) Bad Honnef, Germany.
3. R.J. Cogdell, A.W. Roszak, N.W. Isaacs, H. Hashimoto, K. Yanagi, and H.A. Frank: “Thestructure of carotenoids in their binding sites in both purple bacterial reaction centers and antennacomplexes”, 311. WE-Heraeus-Seminar on Excited State Processes of Carotenoids in
Photosynthesis (2003, October 20-22) Bad Honnef, Germany.
4. W. Wohlleben, T. Buckup, J.L. Herek, H. Hashimoto, R.J. Cogdell, and M. Motzkus: “Control
and Spectroscopy of Energy Flow in Carotenoids”, 311. WE-Heraeus-Seminar on Excited State
Processes of Carotenoids in Photosynthesis (2003, October 20-22) Bad Honnef, Germany.
5. H. Hashimoto, K. Yanagi, A.T. Gardiner, and R.J. Cogdell: “Stark spectroscopy on the native andreconstituted pigment-protein complexes of purple photosynthetic bacteria”, International
Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes(2004, June 7-9) Glasgow, UK.
6. R.J. Cogdell, A.T. Gardiner, S. Prince, T.D. Howard, M. Papiz, H. Hahsimoto, K. Yanagi, H.A.
Frank, A.W. Roszak, and N.W. Isaacs: “The organisation of carotenoids in purple bacterial
antenna complexes and reaction centres: analysis of structure and function”, International
Workshop on the Construction of Nano-Devices Based on Bacterial Light-Harvesting Complexes(2004, June 7-9) Glasgow, UK.
7. T. Buckup, W. Wohlleben, B. Heinz, M. Motzkus, J. Savolainen, J.L. Herek, H. Hashimoto, and
R.J. Cogdell: “Energy flow in carotenoids, studied with pump-deplete-probe, multiphoton andcoherent control spectroscopy”, International Conference on Ultrafast Phenomena (2004, July
25-30) Niigata, Japan.
8. G. Cerullo, D. Polli, G. Lanzani, H. Hashimoto, R.J. Cogdell: “Sub-20-fs study of energy
relaxation in carotenoids in solution and inside light-harvesting complexes”, International
Conference on Ultrafast Phenomena (2004, July 25-30) Niigata, Japan.
9. M. Yoshizawa, D. Kosumi, M. Komukai, K. Yanagi, and H. Hashimoto: “Dynamics ofcarotenoids probed by femtosecond absorption, fluorescence, and Raman spectroscopy”,
International Conference on Ultrafast Phenomena (2004, July 25-30) Niigata, Japan.
学会・研究会講演
1. 柳 和宏，A.T. Gardiner，R.J. Cogdell，橋本 秀樹：「光合成光反応中心複合体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2004年春の年会 九州大学
2. 柳 和宏，橋本 秀樹：「β-カロテンホモログの電場変調吸収分光」光物性研究会 2003
年12月5日 大阪市立大学
3. 橋本 秀樹：「光合成の制御」計測自動制御学会 2003年5月29日 神戸産業振興センター
4. 柳 和宏，A.T. Gardiner，R.J. Cogdell，橋本 秀樹：「光合成アンテナ色素蛋白複合体の電場変調吸収分光Ⅱ」日本物理学会 2003年秋の分科会 岡山大学
5. 柳 和宏，橋本 秀樹：「β-カロテンアナログ体の電場変調吸収分光」日本物理学会 2003

17

6.
7.

8.

9.

年秋の分科会 岡山大学
杉﨑 満，佐島 徳武，柳 和宏，杉田 篤，橋本 秀樹：「極性カロテノイド類のフェムト秒分光」日本物理学会 2003年秋の分科会 岡山大学
杉﨑 満，佐島 徳武，柳 和宏，杉田 篤，橋本 秀樹：「極性カロテノイド同族体のフェムト秒時間分解分光」第17回カロテノイド研究談話会 2003年9月4日 釜石文化センター
佐島 徳武，松田 功，三沢 和彦，腰原 伸也，橋本 秀樹：「フェムト秒チャープパルス
光を用いたレチナールの光異性化反応制御」第17回カロテノイド研究談話会 2003年9月
4日 釜石文化センター
柳 和宏，橋本 秀樹：「β-カロテンホモログの電場変調吸収分光」第17回カロテノイド研究談話会 2003年9月4日 釜石文化センター

その他
1. 橋本 秀樹：「植物が創った太陽電池：光合成系の分子構築，機能，およびコヒーレント
制御」 2004年4月30日 立命館大学にて講演
2. 橋本 秀樹：
「紅色光合成細菌の光反応中心及びコア複合体の構造」 2004年6月26日 「光合成細菌の色素系と反応中心に関するセミナーXII」（京都大学）にて講演
3. 橋本 秀樹：「植物が創った太陽電池：光合成系の分子構築，機能，およびコヒーレント
制御」 2004年7月23日 高エネルギー加速器研究機構にて講演

研究助成金取得状況
1.
2.
3.
4.

5.
6.
7.
8.
9.

橋本 秀樹：文部科学省・萌芽研究「原子間力顕微鏡を用いた光合成アンテナ色素複合体
超分子配置のイメージング」500万円
橋本 秀樹：日本学術振興会・基盤研究(B)(2)「人工光合成色素蛋白超分子複合体の動作機構の解明」1,500万円
橋本 秀樹：日本学術振興会・基盤研究(B)(1)「カロテノイド励起状態中の振動緩和と光合成系におけるエネルギー伝達の研究」1,500万円
橋本 秀樹：NEDO国際共同研究プロジェクト「人工光合成アンテナとナノデバイス開発：
光合成アンテナ複合体の機能とナノデバイス開発のためのアンテナ複合体の組織化」
1,500万円
橋本 秀樹：科学技術振興事業機構・PRESTO「光合成系の人為操作及び光反応制御」8,000万円
橋本秀樹：中谷電子計測技術振興財団「多光子励起型３次元超高速分光計測システムの開発」200万円
丸山 稔：学術振興会・基盤研究(C)(2)「高圧力下での氷とCCl4結晶の成長ダイナミクスとパターン形成」70万円
杉﨑 満：学術振興会・若手研究(B)「光合成色素蛋白超分子複合体の単一分子超高速レーザー分光」340万円
杉﨑 満：大阪市立大学・特定研究奨励費「光合成色素蛋白単一分子における超高速エネ
ルギー伝播過程の解明 ⎯人工バイオナノデバイスの創製へ向けて⎯」180万円

海外出張および海外研修
1.

2.

橋本秀樹：ドイツ（Bad Honnef高等物理学研究所），イタリア（ミラノ工科大学），イ
ギリス（グラスゴー大学）, 2003年10月15日〜11月2日，第311回WE-Heraeusセミナー（光合成におけるカロテノイドの励起状態過程）に出席・発表及び共同研究打ち合わせ
橋本秀樹：米国（Ventura Beach Marriottホテル），2004年1月3日〜1月11日，2004年度Gordon

18

3.

Research Conference on Carotenoids への出席及び会議進行
橋本秀樹：英国（グラスゴー大学），2004年6月5日〜6月13日，NEDO国際共同研究プロジェ
クトに関するワークショップへの出席及び共同研究打ち合わせ

その他
1.
2.
3.

橋本秀樹：日本物理学会 2003年度JPSJ編集委員
橋本秀樹：日本カロテノイド研究会幹事役員，Carotenoid Science編集委員長
橋本秀樹：国際カロテノイド学会Council Member

19素励֬物理学研究室
飯田
坪田
༃木

武  教授誠 助教授正人 講師

笠松 健一(D3)西岡 圭太(D2)小林未知数(D1)

奥西
݄橋
三હ

暁(M2)
昭之(M2)
ຕ(M2)研究概要
1. 中性原子気体２成分ボースアインシュタイン凝縮体の集団励֬，量子渦構造およびマル
チドメイン形成（坪田、笠松）
1995年レーザー冷却によって実現した中性原子気体のボースアインシュタイン凝縮は，不純物を含まないクリーンな系として，物性物理学に対し興味深い舞台を提供してきた．
現在興味を持たれている重要な問題の一つに，多成分ボース凝縮系の物理がある．我々はこの系の特徴的な物理を明らかにした．まず，集団励֬について調べ，４重極振動とシザースモード（はさみを開いたり閉じたりするような，二成分の振動），およびそれらのモードの೪線形結合について明らかにした．次に，系に回転を加えた時，互いに相互作用を行う，特異な渦格子状態が出現することを明らかにした．この中で，我々は通常の三Ԓ格子と異なる四Ԓ格子の出現を予ۗし，この論文に触発されたアメリカJILAの実験グループがその実現及び観測に成功した．また，二成分を混合した状態を用意すると，徐々に二成分が相分離を行い，やがては相互が互いに入れ子になったマルチドメインが形成されることを示した．これは‫ؼ‬年アメリカMITのグループによる実験結果をよく説明する．
2. 回転するଵ流動乱流（坪田、三ૌ）
前年度に引き続き，回転状態のଵ流動乱流の研究を進めた．熱カウンター流が量子渦を乱し乱流状態を実現するの対し，流れ平行なࡃ周りの回転はその方向にそろった量子
渦格子を形成する．その両者の拮抗に依って生じる，「分極した渦タングル」に関し，その形成のダイナミクス，分極の流れ場および回転振動数依存性など，その詳細について調べた．
3. 物ࡐの階層性：強結合஢子格子系での励֬子の೪線形格子緩和と光誘֬構造転移（༖木）
昨年度に引き続き、物ࡐの階層構造に関する問題について，種々の具体的現象に基づいて研究を進めている．例えばここでは，強い஢子格子相互作用を持つ物ࡐでの励֬子の೪線形格子緩和と光誘֬構造転移の現象に着手している．一般に，このような系で光生成された励֬子はフォノンとの相互作用を通してエネルギーを散逸して，緩和励֬状態へと格子緩和していく．その際，緩和励֬状態は，基底状態の多重安定性を反映し，その各安定相を構成要素としたドメイン構造を形作る．このドメイン構造は上位の階層を形作る要素になる．ここでは，強い஢子格子相互作用を持つ物ࡐ系の標準的なモデルである拡張パイエルス＝ハバード模型を用いて，これらの೪線形格子緩和及び光誘֬構
造転移の素過程をӕ明している．さらに，複数個の励֬子や緩和ドメインが如何なる緩和過程を経ながら巨視的な構造変化および巨視的なコヒーレンスを導くかを議論しながら，物ࡐの階層性に関する考察を深めている．
4. エキゾティック巨大分子：樹状‫ݗ‬分子系での異方的エネルギー伝播の動力学（西岡，༖木）
樹状分子構造を持つ‫ݗ‬分子であるコンパクト＝デンドリマー巨大分子では，光生成されたフォノンの伝播機構と励֬子のそれとは，この巨大分子の得意な構造に由来して，

20

異なった伝播様式を持つことが種々の実験から確かめられている．つまり，この系に光生成した励֬子はフォノンを分子の中心に吐きながら自らは分子の外側を遍歴する可能性がある．この特異な現象と関連して，ここでは昨年度に引き続き，この物ࡐ系に即したモデルハミルトニアンを構築し，樹状‫ݗ‬分子系で光生成したフォノンと励֬子の異方的伝播の動力学を議論して，その伝播の異方的の֬源をӕ明している．一方，エクステ
ンディド＝デンドリマーでは，光生成した励֬子の伝播機構はコンパクト＝デンドリマ
ーのものとは異なることが実験から示されている．そこで，ここでは，エクステンディ
ド＝デンドリマーにおける励֬子の伝播機構とその伝播速度の理論的ӕ明に着手している．更に、これらの系での励֬子の伝播に関するフォノンの効果を数値的にӕ明すべく，理論的及び数値的方法を構築中である。
５．バイポーラロンBEC:強結合஢子格子系におけるバイポーラロンの೪断熱的運動（༖木）‫ؼ‬年，ある種の低次元p共役‫ݗ‬分子やC60結晶などに஢子または正孔をドープすると，低温においてଵ伝導状態へと転移するという観測が数多く報告されている．我々はこの種の物ࡐ系で出現するଵ伝導状態の֬源として，バイポーラロンのBECの可能性を検討している．昨年度に引き続き，ここでは，஢子-格子強結合系におけるポーラロン及びバイポーラロンの動的状態をӕ明するために，೪断熱性を考慮に入れた理論的方法を開発し，共役系‫ݗ‬分子でのバイポーラロンのBEC状態の記述を進めている。そして，その動的な過程を議論し，これらの物ࡐ中でのバイポーラロンのBECの可能性を検討している．
6.஢子-光子相互作用：強レーザー場に誘֬される‫ݗ‬分子中の஢子の೪摂動的運動とイオン化過程(༖木)
化学反応のレーザーによる制御に対する基礎的な研究として，೪共鳴の強レーザー場中に置かれた分子や‫ݗ‬分子のイオン化やӕ離過程の研究が‫ؼ‬年盛んに行われている．ここでは，共役‫ݗ‬分子の೪共鳴強レーザー場によるイオン化過程の動力学を，೪摂動的方法とTDHF法を組み合わせて考察している．この理論的方法では，イオン化過程に対する極限的‫ؼ‬似描像であるAdiabaticquasi-statictunnelingprocesses とnonadiabatic
multi-electronexcitationprocesses を統一した理論的枠組みで記述することができ，両者をつなぐ中間領域でのイオン化の過程を扱うことが出きる．この方法を用いて，強レーザー場との೪摂動的な相互作用の結果として֬こるイオン化過程の機構を，レーザーの振動数と強度の関数として考察し，実験結果と比Ԕしながらその動的過程をӕ明している．更に，強レーザー場に誘֬される‫ݗ‬分子中の஢子の೪摂動的運動に対するフォノンの効果をӕ明するために，フォノンの自由度を加味した理論的枠組みを検討・構築中である．

教育・研究業績
学術論文
1. K.Kasamatsu, M.Tsubota: “Multiple domain formation induced by modulation instability in twocomponent Bose-Einstein condensates”, Phys. Rev. Lett. 93, 100402(1-4) (2004).
2. M.Tsubota, C.F.Barenghi, T.Araki, A.Mitani: “Instability of vortex array and transitions toturbulence in rotating helium II”, Phys. Rev. B69, 134515(1-12)(2004).
3. K.Kasamatsu, M.Tsubota, M.Ueda: “Quadrupole and Scissor modes and nonlinear mode couplingin trapped two-component Bose-Einstein condnesates”, Phys. Rev. A69, 043621(1-10)(2004).
4. M.Tsubota, A.Mitani: “Dynamics of quantized vortices in a rotating cylindrical velssel”, J. Low
Temp. Phys., 136, pp. 295-308 (2004).

21

5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.

12.
13.
14.

15.
16.

K.Kasamatsu, M.Tsubota, M.Ueda: “Vortex States of Two-Component Bose-Einstein
Condensates with and without Internal Josephson”, J. Low Temp. Phys. 134, 719(2004).
K.Kasamatsu, M.Tsubota: “Collective Shape Oscillation and Domain Formation of TwoComponent Bose-Einstein Condensates”, J. Low Temp. Phys. 134, 677(2004).
M. Kobayashi, M.Tsubota: “Superfluid-Insulator Transition of a Bose-Einstein Condensation in a
Periodic Potential and its Interferenc”, J. Low Temp. Phys. 134, 665(2004).
C.F.Barenghi, M.Tsubota, A.Mitani, T.Araki: “Transient Growth of Kelvin Waves on QuantizedVortices ”, J. Low Temp. Phys. 134, 489(2004).
M.Tsubota, C.F.Barenghi, T.Araki: “Vortex Tangle Polarized by Rotation”, J. Low Temp. Phys.
134, 471(2004).
W.F. Vinen, M.Tsubota, A Mitani: “Kelvin-Wave Cascades in Turbulent Superfluid 4He at Very
Low Temperature”, J. Low Temp. Phys. 134, 457(2004).
M. Tsubota, K.Kasamatsu, T.Araki; “ Dynamics of quantized vortices in superfluid helium androtating Bose-Einstein condensates”(Invited Review Article) Recent Res. Devel. Physics 4,631(2003).
W.F.Vinen, M.Tsubota, A.Mitani: “A Kelvin-wave cascade on a vortex in superfluid4He at avery low temperature", Phys. Rev. Lett. 91, 135301(2003).（前年度のin press）
K.Kasamatsu, M.Tsubota, M.Ueda: “Vortex phase diagram in rotating two-component BoseEinstein condensates ", Phys. Rev. Lett. 91, 150406(2003).（前年度のin press）
Masato Suzuki and Shaul Mukamel,: “Charge and bonding redistribution in octatetraene driven
by a strong laser field: Time-dependent Hartree-Fock simulation”, J. Chem. Phys., 119, pp. 47224730 (2003).
Masato Suzuki and Shaul Mukamel,; “Many-body effects in molecular photoionization in intenselaser fields; time-dependent Hartree-Fock simulations”, J. Chem. Phys., 120, pp.669-676 (2004).
Keita Nishioka and Masato Suzuki,: “Dynamics of unidirectional exciton migration to themolecular periphery in a photoexcited compact dendrimer”, accepted by J. Chem. Phys.

国際会議講演
1. M.Tsubota ： “Numerical simulation on quantum turbulence”, International Symposium on
Quantum Phenomena at Low Temperatures, 2004年1月8日, フィンランドヘルシンキ工科大学(Invited)
2. M.Tsubota: 「Dynamics of quantized vortices in rotating Bose-Einstein condensates」
University of NewCastle, UK, 2004.3.12
3. M.Tsubota: 「Dynamics of quantized vortices in rotating Bose-Einstein condensates」
Helsinki University of Technology, Finland, 2004.3.17
4. K.Nishioka, M.Suzuki: 「Dynamics of exciton migration in nanostar macromolecule
3rd International Dendrimer Symposium, Germany, 2003. 9. 17-20.
5. K.Kasamatsu, M. Tsubota :「Collective shape oscillation and domain formation of
two-component Bose-Einstein condensates 」
International Symposium on Quantum Fluids and Solids, Albuquerque, USA, 2003. 8. 3-8.
6. K.Kasamatsu, M. Tsubota,M.Ueda:「Vortex lattice structure of two-component
Bose-Einstein condensates with and without internal Josephson coupling」
International Symposium on Quantum Fluids and Solids, Albuquerque, USA, 2003. 8. 3-8.
7. W.F.Vinen, M. Tsubota, A.Mitani:「Kelvin-wave cascades in turbulent superfluid 4He atvery low temperatures」
International Symposium on Quantum Fluids and Solids, Albuquerque, USA, 2003. 8. 3-8.
8. C.F.Barenghi, M. Tsubota, A.Mitani, T.Araki:「Transient growth of Kelvin waves on
quantized vortices」
International Symposium on Quantum Fluids and Solids, Albuquerque, USA, 2003. 8. 3-8.

22

9.

M. Tsubota, C.F.Barenghi, T.Araki:「Vortex tangle poralized by rotation」
International Symposium on Quantum Fluids and Solids, Albuquerque, USA, 2003. 8. 3-8.
10. M. Kobayashi, M. Tsubota,: 「Superfluid-insulator transition of a Bose-Einsteincondensation in a periodic potential and its interference pattern」
International Symposium on Quantum Fluids and Solids, Albuquerque, USA, 2003. 8. 3-8.
11. M. Kobayashi, M. Tsubota, T.Iida,: 「Superfluidity of disordered Bose systems:
Numerical analysis of Gross-Pitaevskii equation with random potential 」
Theory of Quantum Gases and Quantum Coherence, Second International Workshop
Levico, Italy, 2003. 6. 12-14.
12. M.Tsubota, C.F.Barenghi: 「Rotating superfluid turbulence」
International Workshop on Superfluidity under Rotation 2003, Tokyo, 2003. 5. 13-17.
13. W.F.Vinen, M.Tsubota: 「On the behaviour of Kelvin waves in rotating helium and theexistence of a Kelvin wave cascade at very low temperatures」
International Workshop on Superfluidity under Rotation 2003, Tokyo, 2003. 5. 13-17.
学会・研究会講演
1. 小林未知数，坪田誠：「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体のボース凝縮」
日本物理学会 第５９回年次大会 九州大学
三ૌຨ，坪田誠，W.F.Vinen：「量子渦のKelvin Wave Cascade 過程II」
日本物理学会 第５９回年次大会 九州大学
3. 笠松健一，坪田誠：「2成分Bose凝縮体におけるマルチドメイン形成のダイナミクス」
日本物理学会 第５９回年次大会 九州大学
4. 西岡圭太，༖木正人：「ナノスター‫ݗ‬分子における励֬子移動の動力学」
日本物理学会 第５９回年次大会 九州大学
5. 笠松健一：「２成分Bose凝縮体における量子渦状態」
東京大学物性研究所短期研究会「量子凝縮系の新展開」 東京大学
6. 小林未知数：「ランダムポテンシャル中の強相関ボース流体のボース凝縮」
東京大学物性研究所短期研究会「量子凝縮系の新展開」 東京大学
7. 三ૌຨ：「速度に依存しないଵ流動乱流遷移は熱カウンター流で֬こりうるか？」
東京大学物性研究所短期研究会「量子凝縮系の新展開」 東京大学
8. 坪田誠：「量子渦のダイナミクスに関する最‫ؼ‬の話題-ଵ流動乱流のエネルギースペク
トル・回転するଵ流動乱流-」（招待講演）
日本物理学会 ２００３年秋期大会 岡山大学
9. 笠松健一，坪田誠，上田正仁：「2成分ボース凝縮体の集団励֬における原子間相互作用の効果とモード間結合」
日本物理学会 ２００３年秋期大会 岡山大学
10. 笠松健一，坪田誠，上田正仁：「2成分ボース凝縮体の渦状態と内൉ジョセフソン接合
の効果」
日本物理学会 ２００３年秋期大会 岡山大学
11. 西岡圭太、༖木正人：「ナノスターにおける励֬子移動の動力学」
第14回光物性研究会、大޸市立大学.
2.

学位論文
修士論文
1. 三ૌຨ：「ଵ流動4He中の量子渦の三次元ダイナミクスーଵ流動乱流は古典乱流を模擬するか？ー」
2. 奥西暁：「円筒容器中のଵ流動ヘリウム３-AのMermin-Ho構造の反転」

23

博士論文
1. 笠松健一：「アルカリ原子気体のボースアインシュタイン凝縮体における集団励֬状態と量子渦」

研究助成金取得状況
1.
2.

坪田誠：日本学術振興会・基盤研究(B)「ଵ流動ヘリウムおよび中性原子気体ボース凝縮系における量子渦の物理」410万円
坪田誠：日本学術振興会日英科学協力事業「ଵ流動乱流の実験的および理論的研究」250
万円

その他
1.

坪田誠：日本物理学会大޸支൉庶務24

超高エネルギー粒子物理学研究室
超高エネルギー粒子物理学研究室
川上 三郎
林
嘉夫
吉越 貴紀
松山 利夫

教授
小島 浩司 (D3)助教授
田中 秀樹 (D3)講師
野中 敏幸 (D3)
技術職員(システム計測室)

大嶋 晃敏 (M2)
玉置 訓子 (M2)研究概要
１．宇宙粒子線による点源探索と加速機構の研究（川上，林，吉越，松山，小島，田中，野中，大嶋，玉置）
インド・デカン高原南部のOotyで，タタ基礎研究所との共同研究で表題の研究を行っている。このために大規模空気シャワー観測装置の建設・運転を継続中である。現在，シンチレーション検出器（1m２）約250台および４基のミューオン検出装置（合計560m２，＞1GeV）でデータ収集を行っており，データを蓄積しつつ解析を行っている。角度精度を上げるために粒子到来時刻較正システムを開発し，約半分のシンチレーション検出器に組み込んだ。また，
エネルギーの高い現象の測定精度を高めるために一台の検出器に２本の光電子増倍管を使用するタイプの検出器を開発し，製作を開始した。（国際会議会議録2, 3, 4）
２．太陽系近傍における宇宙線の異方性の研究（川上，林，吉越，松山，小島，田中，野中，大嶋，玉置）
Ootyの大規模空気シャワー観測装置の一部である４基のミューオン検出装置を使った大面積高精度muon 望遠鏡の運転を引き続き行った。１０月２８日に太陽面での最大級の爆発が起こり，その影響が２９日に Forbush decrease として観測された．また，新たに山梨県明野村にある宇宙線研究所に25m2の同様な装置を建設し，データの収集を開始した。明野観測所とOotyでは経度が約５０度異なっており，同時刻・同一天球上の方角を異なった天頂角で見ることができる。そのために単一の観測装置では難しい時間変動と空間変動を区別することができ，また，より広い視野を得ることができるようになった。そのために現象をより正確に理解することが出来るようになった。（国際会議会議録1, 5, 6）
３．宇宙線望遠鏡計画 (Telescope Array Project)（川上，林，吉越，松山，大嶋）
最高エネルギー領域（～＞1020eV）の宇宙線を測定する宇宙線望遠鏡計画は，2003年度特定領域研究の科研費が採択され，本計画が開始した。大阪市立大学は計画研究の一つ「地表検出器の開発とＡＧＡＳＡ検出器による較正」を担当している。本計画の初年度として，プロトタイプとして使用予定の半分の大きさ（1.5m2）のファイバーを使用したシンチレーション検出器を試作した。基本データをとり，本実験で使用する検出器の設計を行った。(論文1, 国際会議会議録7, 8)
４．新しい日印宇宙線共同研究の検討（川上，林，吉越）
ヒマラヤのハンレー（標高4500m）における高エネルギー宇宙線観測計画の可能性を調査，検討するために，川上，林が現地を訪問し，タタ研究所，インド天文物理学研究所の研究者と意見交換を行った。

教育・研究業績

25

学術論文
1. S. Kawakami, K. Honda et al.："Energy determination in the Akeno Giant Air Shower Arrayexperiment", Astroparticle Physics, 19, 447-462(2003)
国際会議会議録
1. T. Nonaka et al.：”Study of Cosmic Ray Short Term Variations Using GRAPES-3 Muon
Telescopes”, Proceedings of the 28th Cosmic Ray Conference, pp.3569-3572 (2003).
2. H. Tanaka et al：”A Study of Nuclear Composition of Primary Cosmic Rays above 100 TeV” ，Proceedings of the 28th Cosmic Ray Conference, pp.155-158 (2003).
3. Y. Hayashi et al.：”Upper Limit on the Diffuse Gamma Ray Flux Using Air Shower Observation
at Ooty”, Proceedings of the 28th Cosmic Ray Conference, pp.2273-2276(2003)
4. S.C. Tonwar, S. Kawakami, et al.：”A Study of the Primary Composition at ～1014 – 1015eV
with the GRAPES-2 array at Ooty”, . Proceedings of the 28th Cosmic Ray Conference,
pp.167-170 (2003)
5. H. Kojima et al. ： ”Observation of Anisotropy of Cosmic Ray with Solar Time Using
Multidirectional Muon Telescope of GRAPES-3 Shower Array”, Proceedings of the 28th Cosmic
Ray Conference, pp. 3913-3916 (2003)
6. H. Kojima et al.：” Studies on Cosmic Ray Sidereal Anisotropy with the Multidirectional Muon
Telescope at Ooty” , . Proceedings of the 28th Cosmic Ray Conference, pp.3957-3960 (2003)
7. Saburo Kawakami et al.：”The Telescope Array Experiment: The Search for the Clusters in the
Northern Hemisphere Sky with a Large Scintillator Array”, Proceedings of the 28th Cosmic Ray
Conference, pp.1033-1036 (2003)
8. Y. Arai, S. Kawakami et al.：” The Telescope Array Experiment: An Overview and Physics
Aims”, Proceedings of the 28th Cosmic Ray Conference, pp.1025-1028 (2003)

学会・研究会講演
1. 田中秀樹：「Ooty空気シャワー実験15（一次宇宙線原子核組成）」日本物理学会 2003
年秋の分科会 宮崎ワールドコンベンションセンター・サミット
2. 大嶋晃敏：「Ooty空気シャワー実験 16（検出器間の相対時刻較正 II）」日本物理学会
2003年秋の分科会 宮崎ワールドコンベンションセンター・サミット
3. 小島浩司：「大面積高精度muon 望遠鏡による方位別宇宙線強度変動の研究(1)」日本物理学会 2003年秋の分科会 宮崎ワールドコンベンションセンター・サミット
4. 野中敏幸：「GRAPESIII Muon Telescopes による宇宙線強度変動の観測(5)」日本物理学会 2003年秋の分科会 宮崎ワールドコンベンションセンター・サミット
5. 田中秀樹：「Ooty 空気シャワー実験 17（一次宇宙線原子核組成）」日本物理学会 2004
年春「第59回年次大会」九州大学箱崎キャンパス
6. 吉越貴紀：「Ooty 空気シャワー実験 18（検出器間の相対時刻較正 III）」日本物理学会 2004年春「第59回年次大会」九州大学箱崎キャンパス
7. 林 嘉夫：「Ooty 空気シャワー実験 19（拡張計画と新型検出器の開発）」日本物理学会 2004年春「第59回年次大会」九州大学箱崎キャンパス
8. 野中敏幸：「GRAPESIII Muon Telescopesによる 宇宙線強度変動の観測(6)（太陽活動等
による短期変動の観測）」日本物理学会 2004年春「第59回年次大会」九州大学箱崎キャンパス
9. 野中敏幸：「明野観測所における方向別ミューオン検出器での異方性の研究(2)（経過報
告とGRAPESとの同時観測によって期待される成果）」日本物理学会 2004年春「第59回年次大会」九州大学箱崎キャンパス

26

学位論文
修士論文
1. 大嶋晃敏：「検出器間相対時刻較正モニタの開発」
2. 玉置訓子：「フルモンテカルロシミュレーションによる空気シャワーの特性」

研究助成金取得状況
1.
2.
3.
4.

川上三郎：文部科学省・特定領域研究基盤研究「地表検出器の開発とＡＧＡＳＡ検出器による較正」 2790万円
川上三郎：学術振興会・基盤研究(C) 「大型ミューオンテレスコープによる太陽フレアと銀河宇宙線の異方性の研究」70万円
林 嘉夫：学術振興会・基盤研究(B)「高エネルギー一次宇宙線の化学的組成と点源探索および恒星時異方性の研究」400万円
吉越貴紀：文部科学省・若手研究(B)「空気シャワーアレイ用粒子到来時刻較正システムによる角分解能向上の研究」210万円

海外出張および海外研修
1. 吉越貴紀：アメリカ合衆国・UCL，2002年10月28日－2003年9月25日，VERITAS実験に参加
2. 川上三郎：インド・タタ研究所，インド･天文物理学研究所，2003年10月11日－20日，
新しい日印宇宙線共同研究の検討
3. 川上三郎：アメリカ・ユタ大学，2003年10月24日－31日，TA meeting 出席
4. 林 嘉夫：インド・タタ研究所，2003年8月18日－2004年1月6日，空気シャワー観測による超高エネルギーガンマ線源と宇宙線化学組成の研究

その他
1.
2.
3.

川上三郎：ＣＲＣ実行委員
川上三郎：東京大学宇宙線研究所実施専門委員
川上三郎：大阪大学附属核物理センター運営委員

27

高エネルギー物理学研究室
奥沢 徹 教授
清矢 良浩 助教授
山本 和弘 助手

平本 潤一(M1)
坂井 俊之(M1)研究概要
1. 陽子・反陽子衝突型加速器を用いた素粒子実験（奥沢、清矢、山本）
米国フェルミ国立加速器研究所において日米協力研究の一環として行っている陽子-反陽子衝突実験CDFにおいて、重心系衝突エネルギーを1.8TeVにおいて蓄積されたデータの解析（Run-I）による、ヒッグス粒子の探索、トップクォーク性質の調査、弱電磁相互作用の測定、QCDの検証、超対称性に関連する新粒子やR-Parityを破る現象の探索などの実験の解析を行った。また、フェルミ研では、加速器のビーム強度が本年度は10倍以上に増強され、データ収集も順調に継続されている（Run-II）。この状態で収集された高統計データを用いたヒッグス粒子の探索、ビュティークォークやトップクォークの性質をさらに詳しく調べるための解析が本格的になってきた（学術論文1-9)。我々の研究室では検出器各部の校正とデータ解
析用の大容量ディスク装置の整備が完了し、解析のための計算機能力増強が継続され、主にヒッグス粒子やSUSY粒子探索を遂行しつつある。
2. νμ―ντ振動実験（奥沢）スイス、ジュネーブにある欧州共同利用原子核研究所(CERN)で行ったνμ―ντ振動実験の解析を継続している。この実験は、ニュートリノの質量の有無を調べることを主目的としている。現在は、原子核写乾板の画像解析を行っているところである。この乾板中に記録された反応は、通常のν原子核反応としても扱えるので、これを利用し、チャームクォークの質
量の精密計測、ν原子核反応前段面積の測定なども行っている（学術論文10-11）。
3. ΛΛ超重核(Double Hypernucleus)及びHダイバリオンの探索（山本）高エネルギー加速器研究機構(KEK)の陽子シンクロトロン施設において行ったΛΛ超重核探索実験(KEK-PS E373)のデータ解析を継続している。この実験は、Λ-Λ間のポテンシャルの測定を通して、低エネルギー領域でのバリオン-バリオン相互作用の統一的理解のための極めて重要な情報を与えることが出来る。実験の詳細は昨年度の年次報告を参照されたいが、
原子核写真乾板中の原子核にΞ−を吸収させることによって生成されたΛΛ超重核事象を、画像処理解析によって探索している。現在全体の35％の原子核写真乾板の解析が終了し、3事象が確認されている（学術論文12）。
また、同じく高エネルギー加速器研究機構においてシンチレーティングファイバーブロッ
ク標的を用いたHダイバリオン共鳴探索実験(KEK-PS E522)を京都大学、KEK、東京理科大学等との共同研究として行った。これはK−＋12C→Λ＋Λ＋K＋＋X 反応を測定し、Λ＋Λ系の不変質量を再構成することによりuuddssの６クォーク状態と考えられているHダイバリオ
ン共鳴状態を探索するものである。以前の実験でΛ＋Λ系の不変質量にピークらしいものが観測されたのを受けて、高統計でその真偽を確かめることを目的としており、現在データ解
析が進行中である。

28

教育・研究業績
学術論文
1. M. Aoki, T. Okusawa, K. Yamamoto et al.: “The CDF Run IIb silicon detector”,
Nucl. Instrum.Meth. A518, 270-276 (2004).
2.

D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya et al.: “Measurement of the average time-integrated
mixing probability of b-flavored hadrons produced at the Fermilab Tevatron”, Phys. Rev.
D69: 012002 (2004).

3.

D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Search for the flavor-changing
neutral current decay D 0 →µ+µ– in pp collisions at

4.
5.

091101 (2003).
D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Measurement of the massdifference m(Ds+)–m(D+) at CDF II”, Phys. Rev. D68: 072004 (2003).
D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya, K. Yamamoto et al.: “Measurement of Prompt Charm
Meson Production Cross Sections in pp Collisions at

6.

s = 1.8 TeV”, Phys. Rev. Lett. 90: 221803 (2003).

D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya et al.: “Search for Pair Production of Scalar Top Quarks
in R-Parity Violating Decay Modes in pp Collisions at

8.

9.

s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. Lett.

91: 241804 (2003).
D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya et al.: “Search for Associated Production of ϒ and
Vector Boson in pp Collisions at

7.

s = 1.96 TeV”, Phys. Rev. D68:

s = 1.8 TeV”, Phys. Rev. Lett.

92: 051803 (2004).
D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya et al.: “Central Pseudorapidity Gaps in Events with a
Leading Antiproton at the Fermilab Tevatron pp Collider”, Phys. Rev. Lett. 91: 011802(2003).
D. Acosta, T. Okusawa, Y. Seiya et al.: “Momentum distribution of charged particles injets in dijet events in pp collisions at

s = 1.8 TeV and comparisons to perturbative

QCD predictions”, Phys. Rev. D 68: 012003 (2003).
10. A. Kayis-Topaksu, T. Okusawa et al.: “Cross-section measurement for quasi-elastic
production of charmed baryons in ν N interactions”, Phys. Lett. B575: 198-207 (2003).
11. A. Kayis-Topaksu, T. Okusawa et al.: “Measurement of the Z /A dependence of neutrino
charged-current total cross-sections”, Eur. Phys. J. C30: 159-167 (2003).
12. H. Takahashi, K. Yamamoto et al.: “Observation of Double-hypernuclei and Λ-ΛInteraction”, Nucl. Phys. A721: 951c-954c (2003).

研究助成金取得状況
1.
2.

奥沢

徹：日本学術振興会日米科学協力事業「陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験」
245万円
山本 和弘：科学研究費補助金 特別推進研究（研究分担者）「ダブルハイパー核の研究」

海外出張および海外研修
1.
2.
3.

山本 和弘：米国フェルミ国立加速器研究所，2003年7月28日〜8月29日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF
清矢 良浩：米国フェルミ国立加速器研究所，2003年12月12日〜2004年1月6日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF
清矢 良浩：米国フェルミ国立加速器研究所，2004年2月28日〜3月30日，陽子・反陽子衝突

29

4.

型加速器を用いる実験CDF
奥沢 徹：米国フェルミ国立加速器研究所，2004年3月2日〜3月22日，陽子・反陽子衝突型加速器を用いる実験CDF

30

宇宙・素粒子実験物理学 (重力波分野) 研究室
神田 展行
香月 真由 (M1)
長山 由孝 (M1)

教授

研究概要
1. レーザー干渉計型重力波検出実験 TAMA300（神田、香月）
TAMA300 実験は国立天文台を中心とした共同研究で、レーザー干渉計による重力波検出実験である。本研究室は特にデータ解析を中心に担っている。現在、主として以下が進行中である。
• 米国 LIGO 実験との同時観測
米国 LIGO 実験との同時観測が大きな目標であり、2002 年７月に１週間テスト的におこない、2003 年２月から２か月のあいだ、同時観測を行った。本研究室は、感度の SNRによる評価や、同時観測解析についての作業を受け持っている。協定に基づき、連星合体インスパイラル重力波、バースト重力波、およびガンマ線バーストとの同時イベン
ト探索が進行中である。
• ブラックホール準固有振動リングダウン重力波の解析
本研究室と国立天文台との共同で、ブラックホールの準固有振動により発生する重力波をターゲットとしたデータ解析を進めている。TAMA では 10-100 太陽質量のブラッ
クホールを対象として探索し、銀河系内のイベントであればおおむね 60%程度の検出効率が見込まれるという結果を得ている。またブラックホールの質量および Kerr パラ
メーターの決定精度についてシミュレーション計算を行っている。これらの為に、LinuxPC クラスタを導入し、テンプレートによるマッチドフィルタ―計算を行っている。
2. レーザー干渉計将来計画 LCGT（神田）LCGT は重力波の将来計画で、低温サファイア鏡を特徴として、神岡鉱山の地下に 3km のレーザー干渉計を建設する計画である。現在、検出器の設計や期待される重力波イベントによる解析のプロポーザルを製作中である。本研究室では、重力波イベントの探索レンジや角分布などの基礎的な計算を行い、検出器の満たすべき用件を策定している。
また２台の装置の雑音クロストークの影響をシミュレーションを用いて調べ、全体域での定常的なバルクの雑音が 40% クロストークしたとして、マッチドフィルターが偶然につくる
雑音（ランダムな２台同時イベント）は SNR¿3 で１０倍ほど悪化するという結果を得ている。この研究は、装置の独立性についての要求を決めるためのものである。

3. レーザー干渉計の計算機デジタル制御実験（神田、長山）
レーザー干渉計を長時間動作させるにはフィードバック制御が必要であるが、通常は電子回路による線形かつパッシブな制御で行う。しかし温度ドリフトなどのダイナミックレンジの大きい制御や、急峻な周波数特性をもたせたフィルターの設計を試みるにあたって、計算機によるデジタル制御を検討している。この研究では、小型のマイケルソン干渉計を AD/DA
インターフェイスと PC を用いて制御をこころみる。MATLAB 環境を導入し、デジタルフィ
ルタによる非線形制御を試みる。

31

教育・研究業績
学術論文
1. H.Takahashi, H.Tagoshi, M.Ando, K.Arai, P.Beyersdorf, N.Kanda, et. al. TAMA collabotation and LISM collaboration : ”Coincidence analysis to search for inspiraling compact
binaries using TAM A300 and LISM data”, Phys. Rev. D 70, 042003 (2004)
2. N Kanda and the TAMA Collaboration, The advantages of simultaneous observation for
TAMA300 with recently operating interferometric gravitational wave detectors, Class.
Quant. Grav. in Press
3. Y Tsunesada et al. and the TAMA Collaboration, Search for Gravitational Waves from
Ringing-Down Black Holes, Proceedings of 5th Edoardo Amaldi Conference on Gravitational Waves

国際会議会議録
1. N Kanda, M Ando, H Nakano, K Soida, H Tagoshi, H Takahashi, D Tatsumi, Y Tsunesada
and the TAMA Collaboration, Progresses of Search for Gravitational Wave Events Using
TAMA300 Data, Proceedings of 28th International Cosmic Ray Conference
2. Y Tsunesada, N Kanda, H Nakano, D Tatsumi, H Tagoshi, H Takahashi and the TAMA
Collaboration, Search for Gravitational Waves from Ringing-Down Black Holes, Proceedings of 28th International Cosmic Ray Conference

学会・研究会講演
1. 神田展行：「2 台の干渉計信号のクロストークと相関解析における偽イベント棄却」 日本物理学会 2003 年春 第 59 回年次大会 九州大学
2. 神田展行：”Search for Gravitational Wave Events and Data Quality Evaluation on TAMA300”,
Advanced School and Conference on Sources of Gravitational Waves（重力波源についての国際会議, 第２回）2003 年 9 月 23 日 the Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics トリエステ（イタリア）

研究助成金取得状況
1. 神田展行：科研費・特定領域 (2)「干渉計のデータ処理とイベント選別・相関解析」320 万円
2. 神田展行：科研費・基盤研究 (C)「マイケルソン干渉計をもちいた物理実験教育 50 万円

海外出張および海外研修
1. 神田展行：イタリア トリエステ the Abdus Salam 理論物理国際研究所、2003 年 9 月 21 −28 日、Advanced School and Conference on Sources of Gravitational Waves 出席・発表
2. 神田展行：米国ウイスコンシン州立ミルウォーキー大、2003 年 12 月 16 日〜12 月 22 日、重力波データ解析についての国際会議 出席・発表・座長

その他
1. Prof. Sanjeev V Dhurandhar ：ICUAA 学術振興会日印自然科学協力事業「高度な技術による天体観測の総合的研究」により来日 2004/3/2-1732

宇宙・素粒子実験物理学研究室（宇宙線研究所）
中川 道夫
助教授
三尾野 重義 助教授
寺本 吉輝
助教授
中野 英一
助手
久安 健二
技術職員

大島 直哉
勝亦 正明
中村 智一
播元 栄作
井藤 智史
寺田 幸司
山本 幸徳
渡辺 雅
奥野 裕大
向井 謙治
渡辺 丈智

(M2)
(M2)
(M2)
(M2)
(M1)
(M1)
(M1)
(M1)
(B4)
(B4)
(B4)

研究概要
1.

KEK Bファクトリー加速器による素粒子実験（Belle）（寺本, 中野, 山本）
高エネルギー加速器研究機構の Belle 実験装置を用いて国際共同実験を行っている.
Belle 実験装置は, Bファクトリー加速器を用いて, 電子・陽電子反応によるB 中間子を大量生産して, CPの破れの検証やB 中間子の崩壊の測定などを行う目的の装置である. 建設に置いて, 我々は高抵抗板素粒子検出器 (RPC) を用いた KL 0 ・ミュー粒子検出器を東北大学などと共同で担当した. データ解析に関しては, 主に荷電粒子の飛跡解析とミュー粒子の同定を担当している. また, 2003年度は物理解析として, 2個の荷電レプトンに崩壊するモードで, 電荷非対称性を測定する方法を用いて, CP の破れを測定する解析を担当している.

2.

平行板型素粒子検出器の研究開発（寺本, 中野, 播元, 渡辺）
高抵抗板素粒子検出器（RPC）は平行な高抵抗板の間にガスを入れ，高抵抗板に8〜10kV程度の電圧をかけることにより, 荷電を持つ素粒子がこれを通過して時, その位置と時間を測定できる装置である． 2003年にはRPCの動作メカニズムに関する基礎研究を行った. RPCには2つの動作モードがあるが, 我々は特にストリーマモードでの高レートに耐えるガスの研究, 密封したRPCの特性の研究, アバランチモードのRPCの開発, ストリ
ーマ動作モードでのガスギャップと検出特性の研究などを行った．

3.

高エネルギー宇宙線の到来時系列のカオス性の研究（寺本, 中野,久安, 井藤）
三石観測所と理学部学舎で観測した高エネルギー宇宙線の到来時系列のフラクタル次
元解析を行なっている. 三石観測所での観測は 1887 日で到来時系列にカオス性を持つ現象は 607 事象みつかった. また, 理学部学舎での観測は 1536 日でカオス性を持つ現象は458 事象みつかった．しかしこの 2 箇所で同時に起こったカオス性を持つ現象は見つからなかった. 現在解析を続けている.

4.

ネットワーク型宇宙線観測装置を使った宇宙線観測（寺本, 中野, 久安, 勝亦）
都道府県にまたがって時間相関を持って到来する宇宙線を観測するために,宇宙線の到来時間を GPS を用いてマイクロ秒の精度で決定でき, インターネットを用いてデータをリアルタイムに交換できる簡易型空気シャワー観測装置「宇宙線ステーション」を開発し, 高校や科学館などに配備し大規模な観測網を構築する計画を 1999 年から始めている. 2003 年度には新しく大阪府立大手前高校, 姫路市立姫路高校,樟蔭高校に設33

置し, 大阪府立金岡高校, 近畿大学工業高専, 大阪市立科学館と本学の装置と合わせ, 計
7台で観測を行なった.今までのところ統計的な揺らぎの範囲を越えた明確な時間相関を持った現象は見られない.
5.

ダブルベータ崩壊測定の準備研究（寺本, 寺田）
ニュートリノがディラック粒子かマヨナラ粒子かを区別する方法として, ニュートリノが放出されないダブルベータ崩壊の存在を見つければマヨナラ粒子であるといえる.
高エネルギー加速器研究機構, および, 日本の数大学との共同研究でダブルベータ崩壊を測定するための装置の建設の準備研究を行なっている.

6.

ガンマ線バーストの可視光残照観測（中川, 大島, 高橋）
ガンマ線バーストの発生機構などを研究するために, HETE などのバースト観測専用
人工衛星からのバースト発生報告にしたがってバーストの可視光領域の残照を自動的に観測するシステムの準備を行っている．

7.

PPBを用いたオーロラX線観測（中川, 中村）
極地研と宇宙研の共同研究である南極周回気球（PPB）計画に参加して,オーロラの発生分布を硬X線の二次元像として捉え, さらに硬X線からソフトガンマ線までの広いエネ
ルギー領域でのスペクトラム観測出来る同じ性能の観測装置を3機の気球に搭載して広い空間のオーロラ同時観測を行う計画を準備してきた．平成15年1月に 2機の気球(PPB-8,-10)を放球し, オーロラの観測を行った．

8.

カドテルを用いた新しい硬X線検出器の開発（中川, 大島, 中村, 高橋, 向井）
最近使用され始めている新素子カドテルおよびGSOを硬X線イメージャーとして使用するために基礎開発を行っている.

9.

宇宙物質（三尾野）
中国のカンブリア紀, デボン紀, シルル紀, 石炭紀などの堆積岩中の微小鉄塊の抽出には成功し, 宇宙塵とともにあらゆる堆積岩はこれらを含むことが確認できた．またPIXE 分析の結果はこれまでの分析と変わりなく, 宇宙起源であることは間違いない．この結果とヒ素汚染の研究結果をつぎの論文にまとめて発表予定である．
(ア) PIXE analysis of native iron nugget in the Paleozoic sedimentary rock of China: Its
provenance and astronomical significance.
(イ) PIXE analysis of hair affected by arsenic ground water pollution on Bangladesh.

教育・研究業績
学術論文
1. H. Kakuno, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of Vub using inclusive B to Xu ν decays
with a novel Xu -reconstruction method”, Phys. Rev. Lett. 92, 101801 (2003).
2. O. Tajima, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of the Radiative Decay D0 →φγ”, Phys.
Rev. Lett. 92, 101803 (2004).
3. K. Abe, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “An Upper Bound on the Decay τ → μγ from Belle”,
Phys. Rev. Lett. 92, 171802 (2004).
4. M.-Z. Wang, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: Observation of B+ → pp-barπ+, and B+ →pp-barK*+ , Phys. Rev. Lett. 92, 131801 (2004).

34

5.

Y. Mikami, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurements of the DsJ resonance properties”, Phys.
Rev. Lett. 92, 012002 (2004).
6. K. Abe, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of K+K- production in two-photon
collisions in the resonant-mass region”, Eur. Phys. J. C32, 323 (2003).
7. M.-C. Chang, P. Chang, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Search for B0 → l+l- at Belle”, Phys. Rev.
D 68, 111101(R) (2003).
8. S.L. Zang, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Search for B- → J/ψΛp-bar”, Phys. Rev. D 69,
017101 (2004).
9. A. Ishikawa, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of B → K* l+l-”, Phys. Rev. D 91,
261601 (2003).
10. S.-K. Choi, S.L. Olsen, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of a new narrowcharmonium state in exclusive B+ → K+π+π-J/ψ decays”, Phys. Rev. Lett. 91, 262001 (2003).
11. S.H. Lee, K. Suzuki, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Evidence for B0 →π0 π0 ”, Phys. Rev. Lett.
91, 261801 (2003).
12. A. Drutskoy, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of radiative B → φKγ decays”, Phys.
Rev. Lett. 92, 051801 (2004).
13. K. Abe, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of Time-Dependent CP-Violating
Asymmetries in B0 → φK0 S, K* K-K0 S and η’ K0 S Decays”, Phys. Rev. Lett. 91, 261602 (2003).
14. P. Krokovny, A. Bondar, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of DsJ(2317) and DsJ(2457)
in B decays”, Phys. Rev. Lett. 91, 262002 (2003).
15. A. Garmash, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Study of B meson decays to three-body charmlesshadronic final states”, Phys. Rev. D 69, 012001 (2004).
16. K.-F. Chen, A. Bozek, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of Branching Fractions andPolarization in B → φK* Decays”, Phys. Rev. Lett. 91, 201801 (2003).
17. J. Zhang, M. Nakao, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Observation of B+ → ρ+ρ0 ”, Phys. Rev.
Lett. 91, 221801 (2003).
18. H.-C. Huang, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Evidence for B →φφK”, Phys. Rev. Lett. 91,
241802 (2003).
19. S.K. Swain, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Measurement of branching fraction ratios and CP
asymmetries in B± → DCP K±”, Phys. Rev. D 68, 051101 (2003).
20. Y. Unno, K. Suzuki, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Improved Measurement of the Partial-Rate
CP Asymmetry in B+ →K0 π+ and B- →K0 π-”, Phys. Rev. D 68, 011103 (2003).
21. K. Abe, E. Nakano, Y. Teramoto, et al.: “Evidence for CP-Violating Asymmetries in B0 →π+πDecays and Constraints on the CKM Angle φ2 ”, Phys. Rev. D 68, 012001 (2003).
22. T. Kubo, E. Nakano, Y. Teramoto: “Study of narrow gas gap resistive plate chamber in thestreamer mode”, Nucl. Instr. & Meth. A 516, 50-57 (2004)
23. T. Kubo, H. Sakaue, Y. Teramoto, E. Nakano, T. Takahashi: “Study of the effect of water vapor ona glass RPC with and without freon”, Nucl. Instr. & Meth. A 508, 50-55 (2003).
24. W. Takahashi, M. Kagotani, M. Nakagawa, T. Nakamura, K. Mukai, N. Ohshima, K. Sakamoto,
M. Uchida, H. Ueda and M. Yamauchi: “Full auto optical afterglow searching system: MIKOTS”,
RIKEN Sympo. “New Horizon of Gamma-Ray Burst Astronomy”(2004) in press.
25. T. Nakamura, Y. Ebihara, M. Ejiri, A. Kadokura, N. Matsumoto, Y. Matsuzaka, K. Mukai, H.
Murakami, M. Nakagawa, M. Namiki, N. Ohshima, Y. Saito, N. Sato, H. Suzuki, W.~Takahashi,
M. Uchida, T. Yamagami, H. Yamagishi, M. Yamamoto and M. Yamauchi: “Observations of hard
X-rays of aurora origin with PPB No.8 and 10”, Adv. Polar Upper Atmos. Res. 18 (2004) in press.
国際会議会議録
1. T. Hamaguchi, Y.S. Honda, M. Katsumata, E. Nakano, Y. Saito, Y. Sasaki, T. Takahashi and Y.
Teramoto: “Wide Area Small Air Shower Detection System Linked by Internet”, the 28th Int.
National Cosmic Ray Conf., pp.785 (2003).
2. M. Watanabe, E. Harimoto, E. Nakano, Y. Teramoto: “Search for a high-rate gas mixture in thestreamer mode operation”, Proc. of the 7th Int. Workshop on Resistive Plate Chambers and35

Related Detectors (2003) in press.
国際会議講演
1. T. Hamaguchi, Y.S. Honda, M. Katsumata, E. Nakano, Y. Saito, Y. Sasaki, T. Takahashi and Y.
Teramoto: “Wide Area Small Air Shower Detection System Linked by Internet”, the 28th Int.
National Cosmic Ray Conf. Tsukuba, Japan, July 31 – August 7, 2003.
2. M. Watanabe, E. Harimoto, E. Nakano, Y. Teramoto: “Search for a high-rate gas mixture in thestreamer mode operation”, VII Workshop on Resistive Plate Chambers and Related Detectors,
Clermont-Ferrand, France, October 20-22, 2003.
3. E. Nakano: “The Belle RPC”, IEEE Nuclear Science Symposium Medical Imaging Conf.,
Portland, Oregon, October 19-25, 2003.
学会・研究会講演
1. 中野英一：「Belle の最新の結果：ユニタリティ三角形」（特別講演）日本物理学会 2003
年秋の分科会 World Convention Center Summit , 宮崎
2. 大島直哉ほか：「GRB 残光の可視光観測装置 MIKOTS について」日本物理学会 2003 年
秋の分科会 宮崎大学
3. 寺本吉輝：「インターネットを使った中学・高校間宇宙線観測ネットワークの構築と運用」
新世紀型理科教育の科研費全体会議, お茶の水大学, 2003 年 6 月 15 日
4. 寺本吉輝：「インターネットを使った中学・高校間宇宙線観測ネットワークの構築と運用」
新世紀型理科教育の科研費研究会, 筑波女子大学, 2003 年 9 月 15 日
5. 寺本吉輝：「インターネットを使った中学・高校間宇宙線観測ネットワークの構築と運用」
新世紀型理科教育の科研費全体中間報告会, 日本科学未来館, 2004 年 2 月 14 日
6. 中村智一ほか：「PPB8, 10 号機によるオーロラ X 線イメージ観測」大気球シンポジウム；
宇宙科学研究所 (2003 年 11 月)
7. 高橋渉ほか： Full auto optical afterglow searching system: MIKOTS 理研シンポジウム「ガンマ線バースト天文学の新たな地平」理研 (2003 年 12 月)
8. 中村智一と中川道夫：「PPB8, 10号機によるオーロラX線イメージ観測」最近の極域科学研究に関する研究集会；国立極地研究所(2004年3月)
その他
1. 寺本吉輝：「インターネットを使って科学舘・高校などに宇宙線観測ネットワークを構築する試み」：大学の物理教育（日本物理学会）, 2003 年 7 月号, pp.65
2. 寺本吉輝：「レジスティブ・プレート・チェンバー(RPC)の原理と現状」：高エネルギーニ
ュース, vol. 22, No. 4, 119 (2004)

学位論文
修士論文
1. 大島直哉:「GRB 残光の可視光観測装置 MIKOTS について」
2. 勝亦正明:「ネットワーク型宇宙線観測装置の開発と解析」
3. 播本栄作:「ガス RPC の開発研究」
4. 中村智一:「PPB8, 10 号機によるオーロラ X 線イメージ観測」

研究助成金取得状況
1.

中野英一：学術振興会・若手研究(B)「レプトン包含事象による小林・益川行列要素 Vubの系統的な精密測定」240 万円

36

2.

寺本吉輝：文部科学省・特定領域研究(2)「インターネットを使った中学・高校間宇宙線観測ネットワークの構築と運用」330 万円

海外出張および海外研修
1.

中野英一：米国, ダブルツリーホテル ポートランド オレゴン州, 2003 年 10 月 22〜26 日,
IEEE 出席・発表

2.

寺本吉輝：フランス, クレアモン フェランド大学, 2003 年 10 月 18 日〜10 月 24 日, 第 7 回
高抵抗板型素粒子検出器国際会議に出席・発表

37

素粒子論研究室
牲川 章
内藤 清一

教授
助教授

尾崎 秀明 (D3)乾 雅博 (M2)

幸山 浩章 (M1)研究概要
1. クォーク物質の相構造の研究（牲川）クオーク星が存在する可能性が報告されて以来、クォーク物質の性質、特にその相構造の解明の研究が活発になってきた。クォーク物質には種々の相が存在する可能性が指摘されているが、磁気的不安定性の存在の可能性もその１つである。クォーク物質の磁気的性質を、第一原理の量子色力学を用いて解析するには、偏極物質の量子統計力学的扱いが必要になる。この目的で、偏極した非平衡クォーク物質系を扱う摂動論的枠組みを、微分展開の勾配近似で構築した。（論文１、学会・研究会講演１）

2. 超弦場の量子論（Quantum superstring field theory）（内藤）
アインシュタインの一般相対性理論を量子化すると、（くりこみ理論を適用できないほどの）発散が物理的散乱振幅に出現してしまう。この困難を克服するためには、アインシュタ
インの重力相互作用を本質的に変更する必要がある。私は既に（1999 年度以来の年次報告書に書いたように、）あらゆる相互作用を統一的に記述する統一理論を具体的に構築することに成功している。今回、超弦場量子理論に基ずいて得られた結果を論文としてまとめあげて発表した。統一理論には、type 2A, type 2B, heterotic SO(32), heterotic E(8)×E(8), type
1 の５種類があるが、それら全てに共通な性質を簡単に述べる。
超弦（superstring）の生きている世界は二次元の世界であり、これを idean world と呼んでみる。
（プラトン的イデアの世界に比較できるだろう。）一方、我々の観測する世界は 1+9次元の時空間（space-time）であり、その世界に場（field）が生きている。この２種類の世界を結びつける量は、開超弦（open superstring）のときはフィールディーノ（fieldino）であり、閉超弦（closed superstring）のときはフィールドン（fieldon）である。我々の観測する粒子の相互作用は idean world を伝搬する超弦の運動の映像として記述できると考える。
この idean world における超弦の伝搬は美しい数学形式により簡単に記述されるという幸運な特殊事情がある。（idean world の映像である）我々の物理世界は、無限種類の粒子の存在する世界であり、かつこれらが無限種類の相互作用する世界である。このように複雑極まりない様相を一見呈しているにも関わらず、時空におけるあらゆる物理量が有限値となるのは（重力を含む）統一理論における無限種類の相互作用は勝手に決められるものではなく、
idean world における超弦の伝搬運動から一意的に規定されるからである。このことが、統一理論のもつ夢のように美しい性質の根源である。
論文２においては、無限種類の場にたいするカイネティック項（kinetic term）を具体的に与え、その関数形から、fieldon 及び fieldino の伝搬子を具体的に提唱した。これらの場の間に存在する相互作用を具体的に構築している。論文２の主要な結果を述べる。任意の N
粒子の間に相互作用が存在し、かつこれらの相互作用は非局所的である。非局所相互作用を考えることにより、場の量子論における発散の困難を克服しようとする試みは草創期よりなされてきたが、このような相互作用をどのようにして（因果律に抵触することなく）構築できるのかは今までは知られていなかった。idean world で超弦が伝搬するモード毎に、我々の時空における相互作用を決定すれば美しい統一理論が得られるということが論文２の結果なのである。論文３、４では論文２の結果の導き方を詳細に説明している。

3. 非平衡系の摂動論の構築（尾崎）38これまでに定式化されている非平衡系の摂動論は、その殆どが微分展開を用いて、勾配近似でなされている。この近似は、系が平衡状態から大きくずれていない場合、又は準定常状
態にある場合に適用できるものである。論文５では、微分展開で勾配近似を超える近似での定式化を行った。これにより、ボルツマン方程式が修正を受け、より精度の高い解析が可能となる。。

教育・研究業績
学術論文
1. A. Niégawa: ”Self-energy-part resummed quark and gluon propagators in a spin-polarized
quark matter and generalized Boltzmann equations”, Phys. Rev. D 68, 116007–1-26(2003).
2. S. Naito: ”Quantum superstring field theories of five types”, Soryuushiron Kenkyuu, (Kyoto) 108 (2004) 1-15.
3. S. Naito: ”Quantum superstring field theories of type 2 and heterotic type”, (preprint).
4. S. Naito: ”Quantum superstring field theory of type 1 ”, (preprint).
5. H. Ozaki: ”Perturbative out of equilibrium quantum field theory beyond the gradientapproximation and generalized Boltzmann equation”, Prog. Theor. Phys. 111, No.1,
105-112 (2004).

学会・研究会講演
1. 牲川章：「Quark and gluon propagators in a polarized quark matter and Boltzmann equations」(素粒子論研究 108, No.5, E65 (2004)) 基研研究会「熱場の量子論とその応用」2003
年 8 月 20-22 日 京都大学

その他
1. 牲川章：「平衡・非平衡系の場の量子論」
究科にて集中講義

2003 年 5 月 13-16 日 千葉大学大学院自然科学研

2. 牲川章：「Chiral 及び diquark 凝縮、クォーク星の磁気的性質」 2003 年 5 月 16 日 千葉大学大学院自然科学研究科にてコロキューム

学位論文
修士論文
1. 乾雅博：「場の量子論に於ける繰り込み処方依存性とクォーク・グルーオンプラズマの圧力」

博士論文
1. 尾崎秀明：「平衡・非平衡系の量子場の理論」

39

数理物理研究室
糸山浩司
安井幸則

教授
助教授

阪口 真 (COE 上級研究所員)
瀬々将吏 (COE 研究所員)

藤原和人 (M2)吉岡礼治 (M1)
濱本直樹 (M1)研究概要
1. 超対称ゲージ理論の gluino condensation と prepotential の理論（糸山、阪口、藤原）
平成１ 5 年度は, 前年度からの継続として、Dijkgraaf-Vafa が提案した Riemann 面とそれに付随する N=1 超対称ゲージ理論の prepotential を用いた gluino condensation の物理を探求した。A.Morozov との第 4 論文では、prepotential の計算を時間変数 T からの計算として再定式化することに成功した。Cachazo-Douglas-Seiberg-Witten により、DijkgraafVafa の提案が純粋に場の理論の枠組みで実現されている。その仕事では行列模型から得られる Loop 方程式と同型の anomalous Ward-Takahashi 関係式が得られているが、それのみ
ならず shift symmetry によって Ward-Takahashi 関係式がもう 2 つ生成される。菅野と協力し、この合計３つの関係式すべてを体現する模型を構成することに成功した。この模型はsuper-eigenvalue model と呼ばれている。よく知られているように、N=１超対称ゲージ理論の低エネルギー理論を N=2 から得るには、Seiberg-Witten curve に degeneration が起きなければならない。curve の factorization は、以前から知られていたが、prepotential level
でどういう条件を課せば等価であるのか明らかではなかった。我々は prepotential の mixed
derivatives からできる行列の退化条件が、curve の factorization を与え matrix model curveを導くことを示した。最近の進展として、これらの成果を、超対称性が自発的に N=2 からN=1 へ破れた場合に自然な形で得る試みが我々の group でなされている。

2. ブラックホールの幾何学およびコンパクト Einstein 多様体に関する研究（安井、阪口、濱本、橋本 (市大数学)）
Einstein 理論におけるブラックホールの研究は、従来宇宙物理を専門とする物理学者に限られていた。20 世紀後半になって、String 理論および素粒子の統一理論に対する広い関心は、
高次元へブラックホールを拡張する大きなモチベーションを与え、ブラックホールの研究は、高次元 Riemann 幾何学としてさらにその有用性は拡がっている。
我々は、高次元ブラックホールから、ある種の極限操作を経由することで無限個のコンパク
ト Einstein 多様体が誘導できることを発見した。この研究は、ブラックホールと純粋数学としての Riemann 幾何学の間の強い相関を陽に与えるものである。今後、String 理論への応用を含め、さらなる発展を追究する。
3. 弦の場の理論における古典解の研究（瀬々）不安定 D-brane の崩壊過程は、弦理論の非摂動的現象としてそれ自体興味深いばかりか、理論の構造を探求する上での手がかりとなりうる重要な現象である。この過程を調べるために
奈良女子大学の高橋智彦氏と共同で弦の場の理論の古典解の研究を行った。古典解を背景場とした場の理論を BRS ゲージ固定し、物理的状態を求め、そのスペクトルを調べたところ、この解がタキオン凝縮に対応するという有力な証拠が得られた。また、ゲージ不変な閉弦演
算子を弦の場の理論に導入し、その 2 点関数を厳密に導出した。この仕事は開弦の理論における閉弦の記述法を調べる際の基礎となりうるものである。

教育・研究業績
著書
1.

安井幸則 ：「場の理論と微分幾何学ー Einstein 計量と特殊ホロノミー多様体」(数理科学、2004 年 2 月号)

40

学術論文
1. H. Itoyama, A. Morozov: ”Gluino-Condensate (CIV-DV) Prepotential from its WhithamTime Derivatives”, Int.J.Mod.Phys. A18 (2003) 5889-5906, hep-th/0301136.
2. H. Itoyama and H. Kanno: ”Supereigenvalue Model and Dijkgraaf-Vafa Proposal” Phys.Lett.
B573 (2003) 227-234, hep-th/0304184.
3. H. Itoyama and H. Kanno: ”Whitham Prepotential and Superpotential” Nucl.Phys. B686
(2004) 155-164, hep-th/0312306.
4. K.Fujiwara, H.Itoyama and M.Sakaguchi: ”U(N) Supersymmetric Gauge Model and Partial Breaking of N=2 Supersymmetry” OCU-PHYS 213.
5. M. Hiragane, Y. Yasui and H. Ishihara: ”Compact Einstein Spaces based on Quaternionic
Kahler Manifolds”, Class. Quantum Grav. 20, 3933-3950 (2003).
6. Y. Hashimoto, M. Sakaguchi and Y. Yasui: ”New Infinite Series of Einstein Metrics on
Sphere Bundles from AdS Black Holes”, Commun. Math. Phys. (2004), in press.
7. M. Sakaguchi and K. Yoshida, “Notes on D-branes of type IIB string on AdS5 × S 5 ,” Phys.
Lett. B 591 (2004) 318 [arXiv:hep-th/0403243].
8. T. Takahashi and S. Zeze, “Gauge Fixing and Scattering Amplitudes in String Field
Theory Expanded around Universal Solutions”, Prog. Theor. Phys. 110 (2003) 159 [hepth/0304261].
9. T. Takahashi and S. Zeze, “Closed String Amplitudes in Open String Field Theory”, JHEP
0308 (2003) 020 [hep-th/0307173].

国際会議会議録
1. H.Itoyama: ”Whitham Prepotential and Superpotential” International Workshop ”Quantum Particles, Fields and Strings2”( Zagulba Settlement, Baku, Azerbaijan, September,2003)
2. M.Fukuma, H.Itoyama, T.Nakatsu, and A.Tsuchiya: ”String theory” Proceedings of the
17th Nishinomiya Yukawa Memorial Symposium., Prog.Theor.Phys.Suppl.152(2004)1-120.

研究会報告
1. 阪口 真: 「Dirichlet branes in AdS backgrounds」 研究集会報告集「Intelligence of Low
Dimensional Topology」2004 年
2. 阪口 真：「 Matrix model on a time-dependent plane-wave」素粒子論研究「場の理論の基礎的諸問題と応用」2004 年
3. 瀬々将吏：「Gauge Fixing and Scattering amplitudes in String Field Theory around Universal Solutions」素粒子論研究「場の量子論 2003」2003 年

学会・研究会講演
1. 糸山 浩司: 「Prepotential Theory and Dijkgraaf-Vafa Proposal」KEK Theory Seminar(於高エネルギー加速器研究機構素粒子原子核研究所、2003 年 5 月)
2. 糸山 浩司: 「Description of N=1 supersymmetric gauge theory from Whitham integrable
system and gluino condensate prepotential」Komaba 2003 — Recent Developments in
Strings and Fields : In Memory of Bunji Sakita —(於東京大学大学院総合文化研究科駒場キャンパス、2003 年 11 月)

41

3. 糸山 浩司: 「Whitham Prepotential and Superpotential」本郷セミナー (於東京大学大学
院理学研究科本郷キャンパス、2004 年 1 月)
4. 安井幸則, 石原秀樹, 田中泉 ：「Compact Einstein Spaces based on Hopf Fibration」
日本物理学会 2003 年秋の分科会 宮崎ワールドコンベンションセンター・サミット
5. 阪口 真： 「Dirichlet branes of an open supermembrane in AdS backgrounds」 日本物理学会 第 59 回年次大会 九州大学箱崎地区 2004 年 3 月 27 日
6. 安井幸則:「Compact Einstein Spaces based on Quaternionic Kähler Manifold」大阪市立大学 Mini Workshop, 2003 年 5 月 22 日, 大阪市立大学学術情報センター
7. 安井幸則：「高次元重力インスタントン」 特異点と時空、および関連する物理の研究会
2003 年 12 月 19 日 慶応義塾大学
8. 阪口 真: 「Dirichlet branes in AdS backgrounds」 研究集会「Intelligence of Low Dimensional Topology」2003 年 11 月 17 日 国民宿舎小豆島
9. 阪口 真：「 Matrix model on a time-dependent plane-wave」研究集会「場の理論の基礎的諸問題と応用」2003 年 12 月 26 日 京都大学基礎物理学研究所
10. 阪口 真：「Dirichlet branes of an open M-brane」三都セミナー 京都大学福井謙一記念研究センター 2004 年 1 月 31 日
11. 瀬々将吏： 「Gauge Fixing and Scattering amplitudes in String Field Theory around
Universal Solutions」基研研究会 「場の量子論 2003」
12. 瀬々将吏：「Gauge Fixing and Scattering amplitudes in String Field Theory around Universal Solutions」 日本物理学会 2003 年秋の分科会 宮崎ワールドコンベンションセン
ター・サミット
13. 瀬々将吏：「Closed String Amplitude in Open String Field Theory」日本物理学会
年年次大会 九州大学箱崎地区

2003

学位論文
修士論文
1. 藤原和人：「超対称ゲージ理論における Chiral Ring とアノマリー」

博士論文
1. 瀬々将吏：「弦の場の理論における厳密解とタキオン凝縮」

研究助成金取得状況
1. 糸山浩司 (研究代表者)：学術振興会・基盤研究 (C)(2) No.14540264「紐の統一理論と行列模型」230 万円
2. 安井幸則 (研究分担者)：学術振興会・基盤研究 (C) No.14570073「特殊ホロノミー群と超対
称サイクルの数理」
3. 安井幸則 (研究分担者)：学術振興会・基盤研究 (C) No.14540275「ブレイン宇宙モデルの大域的構造」

海外出張および海外研修
1. 糸山浩司：Zagulba Settlement, Baku, Azerbaijan, September, 2003、「International Workshop ”Quantum Particles, Fields and Strings2”」にて講演

42

2. 安井幸則：英国ケンブリッジ大学、2004 年 3 月 2 − 14 日、Prof. G.W.Gibbons and S.A.
Hartnoll との Einstein 計量に関する共同研究
3. 安井幸則：イタリア Abudus Salam International Centre for Theoretical Physics、
2004 年 3 月 15-19 日、「Spring School on Superstring Theory and Related Topics」に出席
4. 瀬々将吏：イタリア Abudus Salam International Centre for Theoretical Physics、 2004
年 3 月 13 − 25 日、「Spring School on Superstring Theory and Related Topics」に出席

43

宇宙物理研究室
石原秀樹
浜端広充
中尾憲一
三浦輝夫

教授
助教授
助教授
助手

中野寛之(学振PD)
坂根栄作(研究生)
田中泉 (研究生)

古崎広志(D2)
小川浩司(D1)
柳哲 文(M2)
斉藤信也(M1)
松野 研(M1)
岡本一樹(M1)

研究概要＜重力理論分野＞
現在の宇宙には地球、太陽系から、銀河や銀河団、さらに宇宙全体にわたるさまざまな大きさのスケールがあります．また時間的にも、宇宙の誕生から百数十億年という宇宙年齢にいたる長い歴史があります．大きな多様性をもったこの宇宙を理解することは、自然科学の重要な目的のひとつです．我々は、惑星の運動や地球上での様々な実験をもとに物理法則を構築し、それを駆使することによって、宇宙に対する理解を深めて来ました．しかし、宇宙では、現在の技術では実現不可能な高エネルギー、高密度にかかわる物理現象が頻繁に起こり、そこでは、ニュートンの万有引力の法則が破綻するほど強い重力場が存在し、重力が物理現象の主役をなしていると考えられています．このような状況は宇宙における現象でしか見ることができません．それゆえ、宇宙で起きる物理現象を研究することが、新しい物理学を開拓するひとつの原動力になります．
宇宙物理（重力）グループでは，アインシュタインの一般相対性理論を基礎として， 宇
宙における強い重力場を伴う物理的現象を重点的に研究しています．2003年度に行った研究は以下の通りです．
1. 裸の時空特異点（中尾）
強い重力場を記述する理論の有力な候補である一般相対論によれば、巨大質量の星はその進化の最終段階で、自らが生み出す重力によって限りなく収縮していく．この現象
は重力崩壊と呼ばれ、エネルギー密度や圧力、温度、そして時空の曲率といった物理量が無限大になるʻ領域ʼを形成する．この領域は時空の裂け目のような構造を持ち、時空特異点と呼ばれる．
時空特異点は観測可能性という観点から二種類に大別することができる．一つは、我々のような観測者がそこに行かない限り見ることのできないタイプのものであり、ブラッ
クホールはその一例である．そしてもう一つは、原理的に観測可能なタイプであり、「裸の時空特異点」と呼ばれる．2003年度は、基礎物理学研究所の森澤氏と共に，円筒形状に分布した完全流体の重力崩壊を解析し、以下の二つの事柄を明らかにした．
 ダストが形成する裸の時空特異点からの重力波放出．
 等温ガスの円筒形状重力崩壊では、圧力の効果で重力崩壊が必ず止まり、裸の時空
特異点は形成されない．
2. 非一様宇宙モデルでの観測（古崎、石原、中尾）
宇宙に存在する非一様性（星、銀河、銀河団など）によって生み出される時空のゆがみが、きわめて遠方の天体を観測するとき、その観測結果にどのような影響をおよぼすのかを明らかにするために、スイスチーズ宇宙モデルと呼ばれる非一様宇宙のモデルに

44

おける光の伝播を数値的に解析した．現在もこの研究は継続中である．
3. ブレイン宇宙モデル（石原、田中）
超弦理論は、重力、電磁気力、弱い力、強い力を統一的に記述する理論として最も有望視されている．この超弦理論に触発され提案されたブレイン宇宙モデルは、我々の住む４次元時空が高次元時空に存在する膜のような構造（ブレインと呼ばれる）であると考える．今年度は、この膜がアインシュタインの静的宇宙モデルと一致するモデルに対する線形摂動を解析することによって、ブレイン宇宙における重力波の伝播を明らかにした. また、膜の運動により引き起こされる量子論的粒子生成に関する研究も続行中である．
4. 高次元時空における地平線の形成（柳、中尾）
上記のブレイン宇宙モデルは、巨視的だが短い距離（0.1mm以下）では重力相互作用が大きくなるという特徴を持つ．特に、数TeVのエネルギーで衝突する素粒子間に働く
重力は、ニュートンの万有引力から予言される重力より10桁以上大きくなるため、現在建設中の粒子加速器によって、素粒子質量のブラックホールが形成される可能性がある．
ところで、ブレイン宇宙モデルでは短距離の重力相互作用は、５次元あるいはそれ以上の時空次元の重力理論にしたがうため、高次元時空におけるブラックホールの形成条件を明らかにすることは、素粒子質量のブラックホール形成を理解するうえで重要な意味を持つ．そこで東工大の井田氏（現学習院大講師）とともに、５次元時空の一般相対論を仮定し、ブラックホール形成の条件を数値的に地平線を求めることにより明らかにした．
5. 重力波天文学（中野）
今世紀は、重力波天文学が宇宙における様々な物理現象を理解する上で、重要な役割を演じることは間違いない．重力波観測によって得られたデータから物理的に有用な情報を抽出するためには、様々な重力波源からの重力波波形を理論的に予測しておく必要がある．現在、中性子星やブラックホールからなる近接連星系から放出される重力波波
形の理論的予測と、ブラックホールの振動によって生成される重力波（ブラックホールのリングダウン重力波と呼ばれる）に対するデータ解析法の構築を行っている．
6. 重力のゲージ理論における重力波に関する理論的研究（坂根）ポアンカレ群の被服群をゲージ群とする理論は、一般相対論と同様に、強い重力場を記述する理論の候補の一つである．近年、強力に進められている重力波観測プロジェク
トをにらみ、この重力のゲージ理論における重力波生成とその伝播を研究している．

＜流体・プラズマ物理分野＞
1. 非線形磁気流体波の厳密解（浜端）(1) 非理想の円筒プラズマ中の波動解
昨年度同様、円筒内の非理想プラズマ中を伝播する非線形磁気流体波の厳密解も見いだすべく研究を続けている．並進対称性がある場合と軸対称性がある場合については、波動解のいくつかを見いだし、既に論文として公表している．昨年度に引き続き、らせん称性がある場合の解についても研究を行った．らせん対称性のある波動解は、らせん形の磁場および速度場中を helical に伝播し、また、流れに乗ってみれば Alfvén 速度に比例する非一様な速度で伝播する磁気流体波を表す．ただし、通常の Alfvén 波とは異なり、磁場のエネルギーと運動エネルギーの等分配が成り立っておらず、その比は時間的に変化していく．また、波の磁場成分および速度成分45

はそれぞれ固有の減衰時間で減衰していく．更に、時間が十分経過した後に、この解は漸近的に、磁場を持たない軸方向の一様流を持つ平衡状態に近づいていくことが解った．現在、より一般的な解を見いだすべく研究を続けている．
また、HALL 効果を考慮した MHD 方程式の非線形磁気流体波の厳密解も見いだ
すべく検討中である．
(2) 非理想の成層プラズマ中の波動解
昨年度に引き続き、自己重力のある、非理想の成層流体中で、温度勾配によりつくられる対流力が存在する場合の非線形磁気流体波の厳密解を求めるべく、検討中である．理想流体に対する非線形の厳密解については、既にいくつかの場合について得ており、以前に報告したことがあるが、これを非理想の場合に拡張している．
この問題は、太陽の対流層や地球の流体核における磁気流体波を、更には、天体
磁場生成・維持機構としてのダイナモ機構を考えていく上で重要であると考えている．
2. Firehose不安定の非線形発展（浜端）
温度異方性のあるプラズマ中で生じるマクロな不安定である firehose 不安定の非線形発展について研究し、イオンの有限ラーマー半径効果を考慮した CGL 方程式を数値解析することにより、firehose 不安定の非線形の時間発展を調べている．既に、firehose 不安定は、比較的初期の段階では、非線形の解析解とほぼ同じく周期的な時間発展を示す
が、ある時刻を境に解析解から急激に離れ、カオス的な時間発展へと変化していくことから、知られている非線形の解析解は不安定で、この解は現実には実現されず、実際には firehose 不安定はカオス的になっていくことを明らかにしている．昨年度に引き続き、解析解がカオス解へ移行するに当たり、乱れの磁気エネルギーの空間一様性が壊れていくことに着目し、その効果を取り入れた基礎方程式系を導き、その方程式系を用いて、
firehose 不安定の非線形発展の数値解析を行いつつある．
3. 大 振 幅 Alfvén波 の パ ラ メ ト リ ッ ク 不 安 定 （ 浜 端 ）大振幅のAlfvén波は、太陽風中などで観測され、その安定性の理解が、種々のマクロな現象（太陽風の加熱や加速等）を解明する上での基礎として重要であると考えられている．理論的には、平行伝播で円偏波の大振幅Alfvén波は、非線形の理想MHD方程式の厳密解であるが、この波は安定ではなく他のゆらぎ（音波と他のAlfvén的な波）との相互作用により、パラメトリックに崩壊することが知られている．この過程は、パラメト
リック不安定と呼ばれ、数多くの研究がなされてきた．
これまでの研究の多くは単色Alfvén波の限定されていたが、この研究では、大振幅
Alfvén波のパラメトリック不安定に関するGoldsteinの理論をスペクトル幅が有限な場合に拡張した．その結果、従来から知られている崩壊型の不安定の他、単色波の場合には現れなかった新しいタイプの不安定も存在することを明らかにしている．
更に、これまで大振幅のAlfvén波について殆ど考慮されてこなかった、波動−粒子共鳴相互作用考慮すべく、プラズマ運動論（Vlasov方程式）基づいた議論への拡張も検討中である．
4. 多自由度力学系における時空カオス（三浦）
地球磁場の生成モデルとして研究されてきた力武モデルを高次元に拡張したものは、
高次元カオスの代表的なモデルの一つである．高次元アトラクタの構造を調べることで、複雑な軌道の中にみられる規則性を調べることができる．
昨年度に引き続き、このような中間自由度系や多自由度力学系でのカオスへ至る道を、
数値計算を実行することで明らかにしている．

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5. 情報処理教育用LANシステムでの電子テキストデータベースの構築（三浦）従来より、学術情報総合センターシステム上で、電子テキストデータベースを構築していた．本年度もこのシステム上で継続して構築している．

教育・研究業績
著作
1. 中尾憲一：「ホワイトホールの死」、パリティ 18, No.5, 52-56 (丸善、2003年)
学術論文
1. M. Hiragane, Y. Yasui and H. Ishihara: “Compact Einstein spaces based on quaternionic Kahler
manifolds”, Classical and Quantum Gravity 20, 3933-3950 (2003).
2. K. Nakao, K. Nakamura and T. Mishima, “Hoop conjecture and cosmic censorship in braneworld”, Physics Letter B564, 143-148 (2003).
3. S. Nagano, et. al., “Development of a multistage leser frequency stabilization for aninterferometoric gravitational-wave detector”, Review of Scientific Instruments 74, 4176-4183(2003).
4. N. Sago, H. Nakano and M. Sasaki, “Gauge problem in gravitational self-force I; harmonic gauge
approach in the Schwarzschild background”, Physical Review D67, 104017 (2003).
5. H. Nakano, H. Takahashi, H. Tagoshi and M. Sasaki, “An effective search method forgravitational ringing of black holes”, Physical Review D68, 102003 (2003).
6. H. Nakano, N. Sago and M. Sasaki, “Gauge problem in gravitational self-force II; first postNewtonian force under Regge-Wheeler gauge”, Physical Review D68, 124003 (2003).
国際会議会議録
1. H. Kozaki, “Volume expansion of a Swiss-cheese universe”, Proceedings of the 12th international
workshop on General Relativity and Gravitation in Japan (2003)
2. K. Nakao,“The gravitational radiation from cylindrical naked singularity”, Proceedings of the 12th
international workshop on General Relativity and Gravitation in Japan (2003)
3. H. Nakano, Y. Mino and M. Sasaki, “Gauge problem in the gravitational self-force: under ReggeWheeler gauge”, Proceedings of the 12th international workshop on General Relativity andGravitation in Japan (2003)
4. I. Tanaka, “Quantum radiation by a moving brane”, Proceedings of the 12th international
workshop on General Relativity and Gravitation in Japan (2003)
国際会議講演
1. H. Nakano, H. Takahashi, H. Tagoshi and M. Sasaki：“Effective search for gravitational ringingof black holes”, the 13th international workshop on General Relativity and Gravitation in Japan,
2003年12月1日 - 4日, 大阪市立大学
2. I. Tanaka and H. Ishihara： “Gravitational wave propagation in static brane universe”, the13th
international workshop on General Relativity and Gravitation in Japan, 2003年12月1日 - 4日,
大阪市立大学3. H. Kozaki： “ Distance-redshift relation in a Swiss-cheese universe”, the 13th international
workshop on General Relativity and Gravitation in Japan, 2003年12月1日 - 4日, 大阪市立大学
4. H. Kozaki：“Distance-redshift relation in a Swiss-cheese universe”, RESCEU symposium,‘Frontier in Astroparticle Physics and Cosmology’, 2003年11月４日 - 7日, 東京大学本郷キャ
ンパス

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学会・研究会講演1. 中尾憲一、森澤理之：「High speed dynamics of collapsing cylindrical perfect fluid」日本物理学会 2003年秋の分科会 宮崎ワールドコンベンションセンター・サミット
2. 田中泉：「Compact Einstein space based on quarternionic Kahler manifold」
日本物理学会 2003
年秋の分科会 宮崎ワールドコンベンションセンター・サミット
3. 斎田浩見、中尾憲一：「Example of non-thermal quantum radiation from an event horizon」
日本物理学会 2003年秋の分科会 宮崎ワールドコンベンションセンター・サミット
4. 中野寛之、高橋弘毅、田越秀行、佐々木節、常定芳基、神田展行、辰巳大輔、The TAMA
collaboration：「ブラックホール準固有振動重力波の探査テンプレートの設計」日本物理学会 2003年秋の分科会 宮崎ワールドコンベンションセンター・サミット
5. 柳哲文、中尾憲一、井田大輔：「高次元時空におけるホライズンの形成条件」日本物理学会 2004年第59回年次大会 九州大学箱崎キャンパス
6. 古崎広志、中尾憲一、石原秀樹：「Distance-redshift relation in a point mass universe」日本物理学会 2004年第59回年次大会 九州大学箱崎キャンパス
7. 常定芳基、神田展行、中野寛之、辰巳大輔、新井宏二、田越秀行、高橋弘毅、The TAMA
collaboration：「ブラックホール準固有振動に伴う重力波とイベント選別」日本物理学会
2004年第59回年次大会 九州大学箱崎キャンパス
8. 中野寛之、佐合紀親、佐々木節：「シュバルツシルト時空中の質点に対する重力反作用」
日本物理学会 2004年第59回年次大会 九州大学箱崎キャンパス
9. 平包光男、安井幸則、石原秀樹：「Singularity which is not singular at all」ʻ特異点とその周辺ʼ研究会 2003年12月19日-21日 慶応大学日吉キャンパス
10. 中尾憲一、森澤理之：「Gravitational waves from cylindrical naked singularity」ʻ特異点とその周辺ʼ研究会 2003年12月19日-21日 慶応大学日吉キャンパス
11. 石原秀樹：「Essence of Hawking radiation」物性研究会 2004年1月9日
その他
1. 中尾憲一：守口市市民講座「ブラックホールとは何か」
2003年5月30日 MOVE21（守口市生涯学習情報センター）にて
2. 中尾憲一：物理学出張授業「ブラックホールの物理学」
2003年7月14日 大阪府立登美丘高等学校
3. 中尾憲一：物理学出張授業「ブラックホールの物理学」
2003年10月25日 国立大阪教育大学付属高等学校
4. 中尾憲一：物理学出張授業「相対性理論と重力の謎」
2003年11月1日 私立東山高等学校
5. 中尾憲一：「Gravitational waves from cylindrical naked singularity」
2004年3月17日 University of London(Queen Mary)にてセミナー
6. 三浦輝夫：「情報処理教育用電子テキストデータベース」
ocunes(Osaka City Univ. Network System), 1990-2003

学位論文
修士論文
1. 柳哲文：「5元時空における“見かけの地平面”の形成条件」

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博士論文
今年度は無し

研究助成金取得状況
1.
2.
3.
4.
5.

石原秀樹：学術振興会・基盤研究(C)(2)（代表）「ブレイン宇宙の幾何学的構造」
石原秀樹：学術振興会・基盤研究(B)(1)（分担）「一般相対論的宇宙現象の研究」
石原秀樹：学術振興会・基盤研究(B)(2)（分担）「超弦理論の宇宙論による検証」
中尾憲一：学術振興会・基盤研究(C)(2)（分担）「ブレイン宇宙の幾何学的構造」
中尾憲一：学術振興会・基盤研究(B)(1)（分担）「一般相対論的宇宙現象の研究」

海外出張および海外研修
1.

中尾憲一：英国ポーツマス大学、2004年2月24−3月21日、宇宙物理学に関する研究打ち
合わせ49

原子核理論研究室
櫻木 弘之 (教授)有馬 正樹 (講師)

生田 賢吾 (D3)
森下 正則 (D3)
鎌野 寛之 (D1)

田中 佑介 (M2)岡村 龍也 (M1)
冨松 信右 (M1)
前中 善行 (M1)尾上 雄太 (B4)
古本 猛憲 (B4)坂戸 裕昭 (B4)研究概要
1. Master Formula を用いた πNN→ππN 反応と Roper 共鳴の研究 (鎌野、有馬)
πN→ππN 反応 におけるカイラル対称性の効果を調べるために、Master Formula を用いた解析を行った。今回は Hernandez らによる研究との比較を焦点において、カイラル対称性の破れの効果がこの反応におよぼす影響について議論した。Hernandez らは軸性カレントの寄与のみしか考慮しないために Roper-核子-2π の結合定数を正しく見積もることができなかった。そこで我々は、カイラル対称性の破れに伴うσ型の相互作用が、この定数を再現する上で重要であることを示し、同時に Hernandez らが再現した π核子および2π
不変質量分布も再現できることを示した。
2. スキルミオンによるπ中間子・核子散乱の研究 (冨松、鎌野、有馬)
低エネルギーQCDの有効理論として核子の性質を記述するための模型にスキルミオンがある。一般的な構成クォーク模型とは異なり、純粋なπ中間子場における非線形型相互作用を通して構成されるソリトンが核子に対応する。この模型を用いたπ中間子・核子相互作用の研究は湯川結合の問題と絡めて議論がなされて来たが、核子共鳴に対する系統的な応用は十分ではない。ここでは、その研究のための準備として、ソリトンの量子化についての一般論を考慮し、スキルミオンにおける応用のための議論を進めている。
3. AMD波動関数を用いた中間エネルギー16C+208Pb非弾性散乱の分析（高階、延与、櫻木）代表的な中性子過剰核である16Cは、AMD（反対称化分子動力学）理論計算で、核内での陽子分布の変形軸と中性子分布のそれが90°ずれている可能性が指摘されている。他方、最近の実験で16Cの第一励起状態へのB(E2)が異常に小さいことが観測され、AMD計算結果との関連が話題となっている。そこで、16Cの構造を解明するため、AMD波動関数から得られた核子遷移密度と微視的チャネル結合法を用いて、最近、理研で測定された中間エネ
ルギーでの16C+208Pb非弾性散乱を分析し、AMD波動関数の検証を試みた。特に、核力による励起過程とクーロン力による励起過程の強い干渉が、核内での陽子・中性子の変形とどのように関係しているかを中心に分析を行なっている。
4.

11

Be+ 12 C→ 10 Be+n+ 12 C 分解反応の研究（高階、本林、櫻木）
11Beの基底状態および低励起状態は、主として10 Be+nという二体構造をしていると思われており、その結果、11Beの関与する核反応では11 Be→ 10 Be+n 分解過程が強く起こる。
この研究では、最近、理研の実験グループによって測定された11Be+12C→10Be+n+12C 分
解反応を、 10 Be+n+ 12 C 三体模型とCluseter-Folding Model相互作用に基づくCDCC法(離散化連続チャネル結合法)を用いて分析を行なっており、2+共鳴励起状態と非共鳴連続状態
への分解反応のスペクトルおよび断面積の角分布の分析、核力分解過程とクーロン分解
過程の競合等についての分析を行なっている。
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教育・研究業績
学術論文
1. H. Kamano and M. Arima: "Delta(1232) in πN→ππN reaction", Phys. Rev. C69, 025206 (2004)
2.

M. Takashina, M. Ito, Y. Kudo, S. Okabe and Y. Sakuragi： “ 12C+12C→8Be+16O resonancereactions and multi-cluster states of highly excited 24Mg nucleus ”, Nucl. Phys. A738 pp.352-356(2004)

学会・研究会講演
1. 櫻木弘之:「精密核物理の展開」
阪大核物理研究センター・ワークショップ「核物理の将来」講演（2003年7月25-26日）
2. 鎌野寛之、有馬正樹:「マスターフォーミュラを用いた πN→ππN 反応の解析」
日本物理学会2003年秋の分科会 （宮崎市 2003年9月）
3. 鎌野寛之、有馬正樹:「マスターフォーミュラを用いた πN→ππN 反応の解析 2」
日本物理学会第59回年会 （九州大学 2004年3月）
4. 櫻木弘之:「核反応と核間相互作用：現状と問題点」（実験核物理・理論核物理合同シンポジウム「不安定核ビームによる直接反応過程」の講演）
日本物理学会第59回年会 （九州大学 2004年3月）

その他
1. 櫻木弘之：「重イオン核反応と分子的共鳴」京都大学大学院・理学研究科特別講義（集中講義） (2003年6月24-25日)
2. 櫻木弘之：「元素の起源と宇宙」オープンキャンパス公開授業 (2003年8月1日)

学位論文
修士論文
今年度はなし。
博士論文
今年度はなし。

研究助成金取得状況
今年度はなし。

海外出張および海外研修
今年度はなし。

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